DE3587644T2

DE3587644T2 - Flüssigkristalltemperaturfühler und materialien dazu.

Info

Publication number: DE3587644T2
Application number: DE85902858T
Authority: DE
Inventors: James L Fergason
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2005-05-22
Also published as: EP0187768A1; WO1985005467A1; CA1290147C; JPS61502212A; DE3587644D1; EP0187768A4; DE3587644T4; EP0187768B1

Description

TEXT FEHLT
fühlern ist das relativ niedrige Temperaturmaximum im Bereich von 100ºC, auf das derselbe ansprechen würde.
Die Verkapselung oder anderweitige Beinhaltung von Flüssigkristallmaterial, besonders nematisch arbeitendem Flüssigkristallmaterial, das in Volumen in einem Behältnis-, Verkapselungs- oder Trägermedium geformt wird, ist in dem oben verwiesenen Patent und den Anmeldungen beschrieben. Weiterhin wechselwirken das darin beschriebene Flüssigkristallmaterial und das Behältnismedium so miteinander, daß das Behältnismedium in Abwesenheit einer bestimmten Eingabe dazu neigt, die natürliche Flüssigkristallstruktur zu einer sogenannten kurvenförmigen oder verzerrten Ausrichtung zu verzerren. Der außergewöhnliche Brechungsindex des Flüssigkristallmaterials, der bei Abwesenheit einer solchen Eingabe auftritt, ist größer als der Brechungsindex des Behältnismediums; und daher wird einfallendes Licht, das auf das enthaltene Flüssigkristallmaterial auftrifft, dazu neigen, bevorzugt, im wesentlichen isotrop gestreut zu werden. Jedoch neigt die Flüssigkristallstruktur bei Anwesenheit einer bestimmten Eingabe, wie einem elektrischen Feld, dazu, sich gemäß dieser Eingabe anzuordnen; der normale Brechungsindex des Flüssigkristallmaterials stimmt bevorzugt ziemlich genau mit dem des Behältnismediums überein; und dementsprechend wird die Größe der Streuung (oder Absorption) des einfallenden Lichtes reduziert. Ebenfalls wird im U.S. Patent Nr. 4,606,611 eine Reflektoranordnung beschrieben, die eine ziemlich große Menge des isotrop gestreuten Lichtes zur weiteren Streuung zum Flüssigkristallmaterial zurückreflektiert. Diese Reflexion erhöht oder verstärkt die effektive Helligkeit des streuenden, enthaltenen Flüssigkristallmaterials. Das Prinzip der totalen inneren Reflexion kann darauf angewiesen sein, diese Reflexionseigenschaft und somit die erwünschte, verstärkte Erhellung zu erzielen.
Ein möglicher Nachteil verschiedener Medien, die verwendet wurden, um Flüssigkristallmaterial zu verkapseln oder zu enthalten, ist, daß solche Medien starker und/oder schneller Verfärbung unterliegen, z. B. Brünierung, wenn sie relativ hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Ein weiterer möglicher Nachteil ist, daß der Flüssigkristall sich bei relativ hohen Temperaturen im Medium lösen kann.
Dokument EP-A-050 433 beschreibt eine temperaturanzeigende Vorrichtung, in der ein chirales Flüssigkristallmaterial beim Erhitzen von einem ausgerichteten ("grandjean") Zustand in einen isotropen Zustand übergeht. Das Flüssigkristallmaterial kehrt beim Abkühlen über einen im Brennpunkt konischen Zustand zu einem grandjean Zustand zurück.
EP-A-050 433 schlägt vor, daß es unerwünscht sei, das Flüssigkristallmaterial zu verkapseln oder einzuschließen, weil solch ein Behältnis dazu neigen soll, das Flüssigkristallmaterial in seinem angeordneten Grandjeanzustand zu fixieren, was unerwünscht ist.
Typische Ziele der Erfindung sind, einen Flüssigkristalltemperaturfühler zu liefern, der einen weiten Bereich an Temperaturreaktionen besitzt, der insbesondere in der Lage ist, Reaktion auf hohe Temperaturen zu liefern, der schnell auf Temperatur reagiert, der einen scharfen Übergang zwischen mesomorphen und isotropen Phasen aufweist, der relativ prompt reversibel ist, der so hergestellt werden kann, daß er relativ weitgestreut unterschiedliche Übergangstemperaturen liefert und der relativ langlebig ist; und der insbesondere in Bezug auf das Behältnismedium, das viele Volumen von Flüssigkristall enthält, keiner Verfärbung oder zumindest keiner schnellen Verfärbung des Behältnismediums unterliegt und bei dem man nicht feststellt, daß sich der Flüssigkristall darin löst. Andere Ziele sind, verbesserte Flüssigkristallmaterialien, Behältnismedien, Verfahren und Techniken zur Temperaturfühlung und -anzeige sowie Verfahren und Techniken zur Herstellung eines solchen Flüssigkristallmaterials und von Vorrichtungen, die dieses verwenden, zu liefern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, wird eine Temperaturfühlervorrichtung, wie in Anspruch 1 beschrieben, geliefert.
Kurz, die vorliegende Erfindung hängt mit temperaturanzeigenden Zusammensetzungen, Vorrichtungen und Verfahren zusammen. Verschiedene wichtige Aspekte der Erfindung umfassen eine Entdeckung, wie die Flüssigkristallmaterialien zur Temperaturfühlung zu verwenden sind, ohne eine Beimischung eines cholesterischen Flüssigkristalls zu benötigen, von verbesserten Flüssigkristallmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung, der Fähigkeit, Flüssigkristallmaterialien zu mischen, um eine Zusammensetzung mit einer Übergangstemperatur zu erhalten, die eine Funktion der Übergangspunkte der Bestandteile und der verhältnismäßigen Mengen der Bestandteile ist, von verbesserten, nicht verfärbenden oder langsam verfärbenden Behältnismedien zum Halten von Volumen von Flüssigkristallmaterial zur Temperaturfühlung und des Beinhaltens dieser Flüssigkristallzusammensetzungen in Volumen, gebildet in einem Behältnismedium, das dazu neigt, die Flüssigkristallstruktur zu verzerren, wenn dessen Temperatur unterhalb einer Übergangs- oder Klärpunkttemperatur liegt.
Während das Flüssigkristallmaterial in solch einer verzerrten oder kurvenförmig angeordneten, mesomorphen Phase vorliegt, ist dessen Brechungsindex anders, bevorzugt größer, als der Brechungsindex des Behältnismediums. Einerseits jedoch, wenn die Temperatur des Flüssigkristallmaterials eine Übergangstemperatur überschreitet, wechselt das Flüssigkristallmaterial zu einer isotropen Phase, die im wesentlichen optisch transparent ist, und dann ist der Flüssigkristall so ausgewählt, daß er einen Brechungsindex besitzt, der im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Behältnismediums übereinstimmt. Daher wird, wenn der Flüssigkristall in der mesomorphen, verzerrten und kurvenförmig angeordneten Phase vorliegt, einfallendes Licht gestreut, bevorzugt isotrop, und dieses gestreute Licht kann zur Identifizierung dafür verwendet werden, daß die Temperatur des Flüssigkristallmaterials unterhalb der Übergangstemperatur liegt. Andererseits wird, wenn das Flüssigkristallmaterial in der isotropen Phase vorliegt, einfallendes Licht davon weitergeleitet, und dementsprechend liefert dasselbe eine weitere Identifizierung dafür, daß die Temperatur des Flüssigkristallmaterials bei oder über der Übergangstemperatur liegt. Das streuende Flüssigkristallmaterial wird visuell heller erscheinen als das weiterleitende Flüssigkristallmaterial. Weiterhin kann ein Farbstoff hinzugefügt werden, bevorzugt zu dem Behältnismedium, um das gestreute Licht anzufärben. Ebenfalls wird, um die Langlebigkeit zu maximieren und den Betrieb zu optimieren, ein Behältnismedium verwendet, das den Flüssigkristall nicht löst und das als Reaktion auf erhöhte Temperatur langsam oder nicht brüniert.
Die Ausdrücke "Übergangstemperatur", "Übergangspunkt", "Klärtemperatur" und "Klärpunkt", wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung verwendet werden, bedeuten den Punkt oder die Temperatur, bei der die Flüssigkristallzusammensetzung oder -komponente von der mesomorphen Phase in die Form einer isotropen Flüssigkeit oder isotropen Phase übergeht.
Die vorliegende Erfindung verwendet bevorzugt nematisches oder smektisches Flüssigkristallmaterial, alleine oder in Kombination miteinander und möglicherweise mit cholesterischem Flüssigkristallmaterial. Jedoch sollte das Flüssigkristallmaterial in erster Linie im Betrieb nematisch oder im Betrieb smektisch sein, was bedeutet, daß dieses Material auf zumindest verschiedene Art und Weise wie nematisches oder smektisches Flüssigkristallmaterial arbeitet. Wichtige Annahmen für die Funktionsfähigkeit umfassen im besonderen die Fähigkeit der Flüssigkristallstruktur oder deren Orientierung, zum großen Teil bestimmt durch einen Grenzeffekt, d. h. die Wirkung der Grenzfläche des Flüssigkristallmaterials mit z. B. der inneren Wand eines Behältnismediums, in dem das Flüssigkristallmaterial in Volumen oder kapselähnlichen Räumen enthalten ist, zu reagieren. Diese Volumen können strömungstechnisch voneinander isoliert oder strömungstechnisch miteinander zu einem oder mehreren ähnlichen Volumen verbunden sein. Das Flüssigkristallmaterial sollte auch mindestens zwei verschiedene Phasen besitzen, eine mesomorphe und eine isotrope, wobei letztere gewöhnlich bei oder oberhalb einer spezifischen Übergangstemperatur auftritt. Weiterhin bedeuten die hierin verwendeten Ausdrücke verkapselndes, verkapseltes, enthaltenes, Behältnis- usw. Medium ein Medium, wie ein verkapselndes oder enthaltendes Medium, zum Beinhalten dieses Flüssigkristallmaterials in den zuvor genannten Volumen.
Die Ausdrücke verzerrte Anordnung oder kurvenförmige Anordnung usw. beziehen sich auf die Verzerrung der natürlichen Struktur des Flüssigkristallmaterials in der mesomorphen oder anisotropen Phase durch die Wände der Volumen, die in dem Behältnismedium gebildet werden. Diese natürliche Struktur kann im allgemeinen linear sein und ist dies bevorzugt. Diese verzerrte oder kurvenförmig angeordnete Struktur kann eine erzwungene Orientierung der Flüssigkristallstruktur in einem parallelen Verhältnis zur Wand des Volumens sein (diese Volumenwände sind gekrümmt, z. B. bei einem allgemein kugelförmigen Volumen von kapselähnlicher Struktur, was zu einer allgemeinen Krümmung der Flüssigkristallstruktur führen würde) oder in einer anderen Ausführungsform in einem im allgemeinen normalen Verhältnis zur Volumenwand stehen. Weitere Beschreibungen von kurvenförmiger oder verzerrter Anordnung werden in dem oben verwiesenen Patent und den Anmeldungen dargestellt.
Aufgrund nicht übereinstimmender Brechungsindizes des Flüssigkristallmaterials und des Behältnismediums in der Vorrichtung der Erfindung, wird einfallendes Licht bei Temperaturen unterhalb der Übergangstemperatur im wesentlichen isotrop gestreut. Jedoch wird bei Temperaturen bei und oberhalb der Übergangstemperatur, aufgrund der Klarheit des Flüssigkristallmaterials und der Übereinstimmung der Brechungsindizes des Flüssigkristallmaterials und des Behältnismediums, einfallendes Licht weitergeleitet und im allgemeinen nicht gestreut. Daher kann ein optisches Ergebnis, das eine Funktion der Temperatur ist, durch nematischen oder smektischen Flüssigkristall oder eine Kombination davon erreicht werden, ohne ein temperaturempfindliches, farbveränderndes, cholesterisches Flüssigkristallmaterial zu benötigen oder, falls erwünscht, mit einem cholesterischen Flüssigkristallbestandteil.
Licht, das durch dieses Flüssigkristallmaterial in einer mesomorphen oder anisotropen Phase in solch einer temperaturfühlenden Vorrichtung gestreut wird, wird zu dem streuenden Flüssigkristallmaterial zurückreflektiert, um dessen visuelle Erscheinung zu erhellen. Weiterhin kann diese Reflexion mit Elementen zur totalen inneren Reflexion versehen werden. Dieses helle Erscheinen stünde im Kontrast zu einer relativ dazu dunkleren Erscheinung des Flüssigkristallmaterials, das oberhalb der Übergangstemperatur in klarer, lichtleitender, isotroper Phase vorliegt.
Die temperaturfühlende und -anzeigende Flüssigkristallvorrichtung kann eine erhellende Lichtquelle zur Beleuchtung des Flüssigkristallmaterials während des temperaturfühlenden Betriebs umfassen. Ein wichtiger Vorteil dieser Anordnung ist die Fähigkeit, Temperaturen bei Dunkelheit oder anderen, relativ schwierigen Bedingungen zu untersuchen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Temperaturfühlers, wie in Anspruch 43 beschrieben, geliefert.
Die Flüssigkristallmaterialien werden bevorzugt in Zusammensetzungen kombiniert, um eine Zusammensetzung mit einem gewünschten Übergangspunkt zu erzielen, der tatsächlich in manchen Fällen unterhalb normaler Raumtemperatur liegt, und zur Eliminierung und Verminderung nachteiliger Verfärbung des Behältnismediums und/oder der Absorption von Flüssigkristallmaterial darin als Reaktion auf relativ hohe Temperaturen.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist die Vielseitigkeit an Temperaturreaktionen und, im besonderen, die Fähigkeit, Temperaturen in relativ hohen Bereichen zu fühlen oder darauf zu reagieren und anzuzeigen, verglichen mit der Beschränkung von cholesterischen Flüssigkristallmaterialien auf niedrigere Temperaturen. Dieser Vorteil wird, z. B. aufgrund der höheren Temperaturtauglichkeit des Flüssigkristallmaterials oder, gemischt eingesetzt, aufgrund des Vertrauens auf den isotropen Punkt und nicht auf die Farbveränderung und aufgrund der Charakteristik des übereinstimmenden Brechungsindex zur Maximierung der Klarheit oder Unterscheidbarkeit der Ausgabe erreicht.
Gemaß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Temperaturfühler und -anzeiger Flüssigkristall zur Streuung oder Weiterleitung von darauf einfallendem Licht als eine Funktion der Temperatur des Flüssigkristalls, ein Behältnismedium zum Halten mehrerer Volumen des Flüssigkristalls und zur Verzerrung der natürlichen Struktur des Flüssigkristalls, wenn er in der mesomorphen Phase vorliegt, und einen Träger zum Halten der Volumen von Flüssigkristall in dem Behältnismedium zum Fühlen von Temperatur, wobei der Flüssigkristall bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur eine mesomorphe oder anisotrope Phase und bei Temperaturen bei oder oberhalb dieser Übergangstemperatur eine isotrope Phase besitzt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Temperaturfühler Flüssigkristallmaterial mit einer isotropen Phase bei und oberhalb einer Übergangstemperatur und einer mesomorphen oder anisotropen Phase unterhalb dieser Übergangstemperatur, ein Behältnismedium zum Halten des Flüssigkristallmaterials in einer kurvenförmigen Anordnung, zumindest bei Temperaturen unterhalb dieser Übergangstemperatur, wobei das Flüssigkristallmaterial, wenn es in einer solchen mesomorphen oder anisotropen Phase vorliegt, einen Brechungsindex, unterschiedlich von dem des Behältnismediums, besitzt, um darauf einfallendes Licht zu streuen, und das Flüssigkristallmaterial besitzt, wenn es in solch einer isotropen Phase vorliegt, einen Brechungsindex, der im wesentlichen mit dem des Behältnismediums übereinstimmt, wodurch diese Streuung von darauf einfallendem Licht vermindert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine weitere Zusammensetzung a) von 0 bis 100 Molprozent eines ersten Flüssigkristallmaterials und b) von 0 bis 100 Molprozent eines zweiten Flüssigkristallmaterials; diese Zusammensetzung besitzt eine mesomorphe oder anisotrope Phase bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur und eine isotrope Phase bei und oberhalb dieser Übergangstemperatur, und die Übergangstemperatur liegt im Bereich von etwa 26ºC bis etwa 75ºC. (Man beachte, daß, wenn 100 Prozent des einem Flüssigkristallmaterials verwendet werden, das andere Flüssigkristallmaterial nicht in der Zusammensetzung eingesetzt wird; daher wäre die Übergangstemperatur einer Zusammensetzung mit 100 Prozent eines Flüssigkristallmaterials diejenige dieses verwendeten Flüssigkristallmaterials.)
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Zusammensetzung:
a) von 0 bis 100 Molprozent eines ersten Flüssigkristallmaterials und
b) von 0 bis 100 Molprozent eines zweiten Flüssigkristallmaterials, (die Gesamtmenge des Materials sollte 100 Prozent ergeben),
wobei diese Zusammensetzung eine mesomorphe oder anisotrope Phase bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur und eine isotrope Phase bei und oberhalb dieser Übergangstemperatur besitzt, und beide, das erste und das zweite Flüssigkristallmaterial, werden aus jeweils einer der folgenden Zusammensetzungen ausgewählt,
i) PePMeOB 39,6%
PPPOB 26,6%
4-Ethylphenylpropylbezoat 33,8%
ii) PPMeOB 60%
PPPOB 40%
iii) Eine Mischung mit etwa 52% von
(1) einer Mischung aus PPMeOB 60% und PPPOB 40%
(2) Bis-(4-butoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon 18% und etwa 48% von
(1) CnPPeB 33%
(2) CnPHepB 50%
(3) Bis-(4-pentylbenzoyl)-2-methylhydrochinon 17%
Verschiedene hier verwendete Abkürzungen sind wie folgt:
PePPOB bedeutet 4-n-Pentylphenyl-4-n-pentoxybenzoat
PePMeOB bedeutet 4-n-Pentylphenyl-4-n-methoxybenzoat
CnPPeB bedeutet 4-Cyanophenyl-pentylbenzoat
CnPHepB bedeutet 4-Cyanophenyl-heptylbenzoat
PPPOB bedeutet 4-n-Pentylphenyl-4-n-pentyloxybenzoat
PPMeOB bedeutet 4-n-Pentylphenyl-4-n-methoxybenzoat
Ebenfalls bedeuten Prozentzahlen von Flüssigkristallmaterialien, wenn hierin nicht anders erwähnt, Molprozente.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Zusammensetzung a) von etwa 30% bis weniger als etwa 100% Bis-butoxylmethylhydrochinon und b) von mehr als 0% bis etwa 70% Bis-pentylmethylhydrochinon. Dies Zusammensetzung kann eine Übergangstemperatur bis etwa 205ºC besitzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Temperaturfühler Flüssigkristall zur Streuung oder Weiterleitung von darauf einfallendem Licht als Funktion der Temperatur des Flüssigkristalls und ein Behältnismedium zum Halten mehrerer Volumen des Flüssigkristalls, wobei das Behältnismedium von einem Material gebildet wird, das als Reaktion auf relativ hohe Temperaturen keiner oder langsamer Verfärbung unterliegt und das den Flüssigkristall bei relativ hohen Temperaturen nicht löst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Temperaturfühler Flüssigkristall zur Streuung oder Weiterleitung von darauf einfallendem Licht als Funktion der Temperatur des Flüssigkristalls und ein Behältnismedium zum Halten mehrerer Volumen des Flüssigkristalls, wobei der Flüssigkristall mindestens ein nematisches Flüssigkristallmaterial und ein smektisches Flüssigkristallmaterial bei Abwesenheit eines damit vermischten, cholesterischen Flüssigkristallmaterials umfaßt.
Die vorhergehenden Ziele, Vorteile und Kennzeichen der Erfindung werden, wie die folgende Beschreibung fortfährt und bei guter Betrachtung der Zeichnungen, noch offensichtlicher werden.
Zum Erreichen der vorgenannten und ähnlicher Ziele umfaßt die Erfindung die hierauf folgenden, in der Beschreibung erläuterten und insbesondere in den Ansprüchen dargestellten Kennzeichen, wobei die folgende Beschreibung und die angehängten Zeichnungen aus einer bestimmten, veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung im Detail das herausgreifen, was kennzeichnend ist, jedoch aber nur einen der verschiedenen Wege, auf denen die Prinzipien der Erfindung erreicht werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den angehängten Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Seitenaufrißansicht eines Flüssigkristalltemperaturfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung, betriebsbereit, um Licht zu streuen;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Flüssigkristalltemperaturfühler aus Fig. 1, allgemein in Richtung der Pfeile 2-2 aus Fig. 1 blickend;
Fig. 3 ist eine Seitenaufrißansicht des Flüssigkristalltemperaturfühlers, worin sich das Flüssigkristallmaterial in der isotropen Phase befindet;
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittdarstellung einer Kapsel oder eines Volumens eines Behältnismediums, das Flüssigkristallmaterial in der mesomorphen oder kurvenförmig angeordneten Phase enthält;
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittdarstellung einer Kapsel oder eines Volumens eines Behältnismediums, das Flüssigkristallmaterial in der isotropen Phase enthält;
Fig. 6 ist eine Ansicht, ähnlich wie in Fig. 4, in der die Flüssigkristallstruktur allgemein normal zur Kapsel- oder Volumenwand angeordnet ist;
Fig. 7 ist eine Darstellung einer weiteren, anderen Ausführungsform eines Volumens von verkapseltem Flüssigkristallmaterial und eines Behältnismediums mit einem Zusatz zur Verstärkung der Rückkehr des Flüssigkristallmaterials von der isotropen Phase zur mesomorphen, kurvenförmig angeordneten Phase;
Fig. 8 und 9 sind jeweils schematische Teilquerschnittansichten von Flüssigkristallmaterial, jeweils in der mesomorphen, kurvenförmig angeordneten Phase und in der isotropen Phase, wie es in Verbindung mit dem Flüssigkristalltemperaturfühler aus den Fig. 1-3 verwendet wird, um Licht zu streuen oder weiterzuleiten;
Fig. 10 ist eine schematische Querschnittdarstellung einer Kapsel oder eines Volumens eines Behältnismediums, das Flüssigkristallmaterial in der mesomorphen oder kurvenförmig angeordneten Phase, ähnlich der Darstellung in Fig. 4, enthält, aber mit der Zugabe von Farbstoff zu dem Behältnismedium; und
Fig. 11 ist eine Graphik, die das Verhältnis zwischen Zusammensetzungen entsprechender Mischungen von Flüssigkristallmaterial, gemäß der Erfindung, und deren Übergangstemperatur darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Zeichnungen im Detail betreffend, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Figuren und beginnend in den Fig. 1, 2 und 3 bezeichnen, wird ein Flüssigkristalltemperaturfühler in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung allgemein mit 1 bezeichnet. Die grundlegenden Komponenten des Flüssigkristalltemperaturfühlers 1 umfassen mindestens ein, in der bevorzugt dargestellten Ausführungsform vier, temperaturempfindliche Flüssigkristallsegmente 2-5, einen Träger 6 zum Halten dieser Segmente und bevorzugt eine Lichtquelle 7, um einfallendes Licht auf die Flüssigkristallsegmente zu richten. Eine Kombination, Halter und Gehäuse, 10 umfaßt die Lichtquelle 7, bietet eine Installation für den Träger 6 und erleichtert manuelle Handhabung des Flüssigkristalltemperaturfühlers 1.
Wie unten noch genauer beschrieben wird, wird jedes Flüssigkristallsegment 2-5 aus Flüssigkristallmaterial in einem Behältnismedium gebildet, das dazu neigt die natürliche Flüssigkristallstruktur zu einer kurvenförmig angeordneten Form zu verzerren, wenn es in der mesomorphen Phase vorliegt; und jedes Segment 2-5 besitzt eine einzigartige Übergangstemperatur, bei oder oberhalb derer der Flüssigkristall darin in eine isotrope Phase übergeht. In der mesomorphen, kurvenförmig angeordneten Phase neigt jedes Segment dazu, darauf einfallendes Licht zu streuen und in der isotropen Phase neigen die Segmente dazu, darauf einfallendes Licht weiterzuleiten. Die Lichtquelle 7 liefert eine Beleuchtungsquelle für die Flüssigkristallsegmente 2-5. Diese Beleuchtung ist entlang eines optischen Weges, dargestellt unter 11, angebracht, im allgemeinen parallel zum Träger 6, wie man in Fig. 1 sieht. Ein Fenster 12 im Gehäuse 10 liefert einen Ausgang für Licht, das von der Quelle 7 entlang des Lichtweges 11 läuft.
Die Lichtquelle 7 ist mit einem Stromkreis 13 verbunden, der eine Batterie 14 zur Energieversorgung der Lichtquelle und einen Schalter 15, wie einen Druckknopfschalter, der wahlweise geschlossen werden kann, um den Stromkreis 13 zur Energieversorgung der Lichtquelle 7 zu schließen, wobei Licht emittiert wird, umfaßt. Das Gehäuse 10 kann eine Schiene 16 umfassen, entlang der der Träger 6 gleiten kann, um den Träger und die Flüssigkristallsegmente 2-5 zur geschützten Aufbewahrung in das Gehäuse zurückzuziehen. Zu diesem Zweck kann, unter Anwendung von Daumendruck oder -kraft, während das Gehäuse 10 in einer Hand gehalten wird, das Oberteil des Schalters 15 nach rechts, relativ zu der Darstellung in den Fig. 1-3, gedrückt werden, um den Träger 6 ebenfalls nach rechts und in das Gehäuse gleiten zu lassen. Während dieses Gleitvorgangs gleitet der Schalter/Knopf 15 entlang eines Schlitzes 17, der in der Oberseite des Gehäuses angebracht ist. Wenn erwünscht, kann der Schalter 15 unabhängig von einer Vorrichtung sein, die verwendet wird, um die vorgenannte Gleitbewegung zu bewirken.
Der Träger 6 wird bevorzugt aus einem thermisch gut leitenden Material hergestellt, wie z. B. aluminium- oder nickelbeschichtetem Stahl. Die Eigenschaften der thermischen Leitfähigkeit des Trägers 6 erleichtern die Leitung von Wärme zu den Flüssigkristallsegmenten 2- 5. Der Träger 6 kann im allgemeinen reflektierend sein, obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und der besten Form der Erfindung ein Teil der Oberfläche des Trägers 6 schwarz ist oder jedenfalls so hergestellt ist, daß sie minimal reflektiert, um die Reflexion von Licht, das entlang des Weges 11 weitergeleitet wird, zu vermeiden, während die Teile des Trägers 6, die den Flüssigkristallsegmenten 2-5 direkt benachbart sind, bevorzugt optisch reflektierend sind, um eine Erhellung der Flüssigkristallsegmente zu erleichtern und zu verstärken, wenn diese wirksam sind, um Licht zu streuen.
Um den Flüssigkristalltemperaturfühler 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, wird der Schalter 15 nach links geschoben, um den Träger 6 und die Flüssigkristallsegmente 2-5 aus dem Gehäuse 10 freizusetzen. Der Schalter 15 wird geschlossen, z. B. durch Drücken desselben, um den Stromkreis 13 mit Energie zu versorgen, woraufhin die Lichtquelle 7 Licht entlang des Lichtweges 11 auf die Flüssigkristallsegmente 2-5 richtet. Der Träger 6 wird in Eingriff mit einer Oberfläche, Vorrichtung, Umgebung usw. plaziert, deren Temperatur abgetastet werden soll. Gegebenenfalls werden diejenigen Flüssigkristallsegmente 2-5, die in der mesomorphen, kurvenförmig angeordneten Phase verbleiben, dazu neigen, Licht zu streuen, das entlang des Lichtweges 11 empfangen wurde, wobei diese Streuung zur sichtbaren Beobachtung durch einen Anwender, der in Richtung 21 auf die Oberfläche 22 der entsprechenden Flüssigkristallsegmente blickt, bei 20 in Fig. 1 dargestellt ist. Diese streuenden Flüssigkristallsegmente werden bei visueller Betrachtung, z. B. von oben, relativ hell erscheinen. Jedoch werden gegebenenfalls diejenigen Flüssigkristallsegmente 2-5, die auf eine Temperatur bei oder oberhalb der Übergangstemperatur angestiegen sind, klar werden und nicht länger Licht streuen. Was tatsächlich geschehen wird ist, daß Licht, das von der Lichtquelle 7 entlang des Lichtweges 11 gerichtet ist, dazu neigen wird, gegebenenfalls durch diese Flüssigkristallsegmente hindurch weitergeleitet zu werden und durch das Ende 23 der Flüssigkristallsegmente entlang einer Verlängerung 24 des Lichtweges 11 zu entweichen. Dementsprechend werden solche Segmente von Flüssigkristallmaterial, die in der isotropen Phase vorliegen, relativ dunkel erscheinen, verglichen mit denjenigen, die in der mesomorphen, streuenden Phase vorliegen.
Übergehend zu Fig. 4, ist eines von vielen Volumen 29 von enthaltenem Flüssigkristall, gemäß der vorliegenden Erfindung, schematisch gezeigt. Dieses Volumen ist als eine einzelne Kapsel dargestellt. Jedoch wird klar, wie oben erwähnt, daß die Volumen strömungstechnisch mit einem oder mehreren der gleichen in einem Flüssigkristallsegment 2-5 verbunden sein können. Das Volumen oder die Kapsel 29 umfaßt Flüssigkristallmaterial 30, wobei eine Anzahl der Moleküle oder strukturellen Komponenten 31 davon, die in einer Kapsel 32 enthalten sind, durch die verschiedenen, unterbrochenen Linien in der Figur gezeigt ist. An der inneren Wand 33 der Kapsel 32, die die Grenze des Volumens von Flüssigkristall 30 definiert, werden die Flüssigkristallmoleküle oder strukturellen Komponenten 31 aus der normalen, geradlinigen Anordnung, die die natürliche Struktur von nematischem oder smektischem Flüssigkristallmaterial ist, zu einer kurvenförmig angeordneten Konfiguration oder Struktur verzerrt, die im allgemeinen parallel zur Wand 33 verläuft. Vor allem sind die Moleküle oder strukturellen Komponenten 31, die der Wand 33 am nächsten sind, d. h. an der Grenzfläche damit, z. B. solche, die bei 34 dargestellt sind, fast, wenn nicht völlig, parallel zur Wand 33 angeordnet, und diejenigen Moleküle oder strukturellen Komponenten, dargestellt bei 35 oder entfernt liegend von der Wand 33, neigen aufgrund des Einflusses des Flüssigkristalls nahe der Wand immer noch dazu, eine kurvenförmig angeordnete Struktur zu besitzen. Zusätzlich kann aufgrund der Verzerrung der Flüssigkristallstruktur in der Kapsel 32 eine Unregelmäßigkeit 36 in der strukturellen Anordnung des Flüssigkristalles auftreten, was dem Flüssigkristall erlaubt, einem Zustand niedrigster freier Energie in der Kapsel anzunehmen, wenn er ansonsten unverzerrt ist.
Die Kapsel 32 wird bevorzugt aus einem Bindemedium, einem Behältnismedium, einem Trägermedium usw. hergestellt, das bevorzugt im allgemeinen optisch transparent ist (oder es kann, falls erwünscht, mit einem geeigneten Farbstoff gefärbt werden). Dieses Medium besitzt einen Brechungsindex. Um die erwünschte Lichtstreuung zu erzielen, wenn sich das Flüssigkristallmaterial in der mesomorphen oder anisotropen, kurvenförmig angeordneten Phase befindet, wie z. B. in Fig. 4 gezeigt, ist der Brechungsindex dieses Flüssigkristallmaterials größer und ist bevorzugt viel größer als der Brechungsindex des Mediums. Als ein Ergebnis einer solchen Verzerrung der Flüssigkristallstruktur und des Unterschiedes zwischen den Brechungsindizes wird Licht, wie solches, das entlang eines Lichtweges 11 (Fig. 1) auf ein Flüssigkristallsegment, das eine Vielzahl an Volumen 29 von Flüssigkristallmaterial umfaßt, einfällt, dazu neigen, im wesentlichen isotrop gestreut zu werden. Dieses gestreute Licht kann durch Betrachtung in der Blickrichtung 21 beobachtet werden, wobei die entsprechenden Flüssigkristallsegmente 2-5, d. h. diejenigen unterhalb der entsprechenden Übergangstemperatur, für einen Betrachter relativ hell erscheinen werden.
Wenn das Flüssigkristallmaterial 30 in dem Volumen 29 auf die Übergangstemperatur oder über die Übergangstemperatur ansteigt, wird dieses Flüssigkristallmaterial ein isotropes Material, das in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Dieses isotrope Material ist in Fig. 5 durch eine Vielzahl von Punkten dargestellt; diese Punkte sollen einen Wechsel der Flüssigkristallstruktur von der kurvenförmig angeordneten Struktur zur isotropischen Phase darstellen. Wichtig, um die Lichtweiterleitung durch die Flüssigkristallkapsel oder das Volumen 29 zu maximieren, wenn das Flüssigkristallmaterial in der isotropen Phase vorliegt, ist, daß der Brechungsindex dieses Flüssigkristallmaterials in der isotropen Phase mit dem Brechungsindex des Behältnismediums 32 so übereinstimmt, daß er im wesentlichen gleich, wenn nicht identisch, ist. Diese Nähe oder Identität dieser Brechungsindizes erlaubt ein Maximum an unverzerrter, ungebrochener und ungestreuter Lichtweiterleitung durch die entsprechenden Flüssigkristallsegmente 2-5, z. B. so wie in Fig. 3 gezeigt und zuvor beschrieben. In diesem Fall werden, solange ein Minimum an Licht zur Betrachtung in Blickrichtung 21 gestreut wird, die entsprechenden Flüssigkristallsegmente 2-5 in der isotropen Phase relativ dunkel erscheinen, verglichen mit dem noch in der mesomorphen Phase befindlichen, streuenden Flüssigkristallmaterial.
Bezugnehmend auf Fig. 6, wird das Volumen 29' mit verkapseltem oder enthaltenem Flüssigkristallmaterial 30' gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kurz beschrieben. Der primäre Unterschied zwischen dem Volumen 29' in Fig. 6 und dem Volumen 29 in Fig. 4 ist, daß die Flüssigkristallmoleküle oder strukturellen Komponenten 31' in Fig. 6 im allgemeinen in einem nicht parallen Winkel gegenüber der Wand 33' der Kapsel 32' angeordnet sind. Tatsächlich neigt die Flüssigkristallstruktur in Fig. 6 dazu, in Bezug auf die Wand 33', in einer normalen oder senkrechten Anordnung an der Grenze oder Grenzfläche mit dieser Wand ausgerichtet zu sein, und der andere Flüssigkristall im Volumen 29', weiter entfernt von dieser Grenze, neigt ebenfalls dazu, von der Grenzbedingung und -anordnung beeinflußt zu sein, so daß er Eigenschaften von normaler Anordnung behält, wie man in der Zeichnung sieht. Die Arbeitsweise der Ausführungsform, dargestellt in Fig. 6, wäre der Arbeitsweise gemäß den Ausführungsformen, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, ähnlich, wie zuvor genauer beschieben wurde. Spezifische Lichtstreuung wird auftreten, wenn die Flüssigkristallstruktur in der Form kurvenförmig angeordnet ist, z. B. dargestellt in Fig. 6; und eine Verminderung der Streuung und bevorzugt eine Lichtweiterleitung wird auftreten, wenn das Flüssigkristallmaterial in der isotropen Phase bei oder oberhalb der Übergangstemperatur vorliegt.
Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber farbverändernden, cholesterischen Flüssigkristalltemperaturfühlervorrichtungen ist die Fähigkeit des nematischen und/oder smektischen Flüssigkristalles, Temperaturen bis etwa 205ºC standzuhalten. Gewöhnlicher cholesterischer Flüssigkristall wird bei Temperaturen über 100ºC nicht zufriedenstellend funktionieren. Daher besitzt die vorliegende Erfindung besondere Hochtemperaturbetriebstauglichkeit. Im oben erwähnten U.S. Patent Nr. 4,140,016 wird ein inerter Zusatz benötigt, um die erwünschte Biegung in dem nematischen Flüssigkristall zu erzielen. Dieser Zusatz wird z. B. als ein cholesterisches Material beschrieben. Daher würde man nicht unbedingt erwarten, daß die Vorrichtung dieses Patents bei den höheren Temperaturen, bei denen die vorliegende Erfindung betriebsfähig wäre, arbeitet.
Jedoch umfaßt, z. B. gemäß der Ausführungsform, dargestellt in Fig. 7, die als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für relativ niedrigere Temperaturtauglichkeit konstruiert sein könnte, ein Volumen 29'' von enthaltenem oder verkapseltem Flüssigkristallmaterial, z. B. ähnlich dem, das oben mit Verweis auf das Volumen 29, dargestellt in Fig. 4, beschrieben wird, ebenfalls einen Zusatz 39. Der Zusatz 39 kann z. B. ein chiraler Zusatz sein, der dazu neigt, die Verzerrung - nicht die Biegung - des Flüssigkristallmaterials 30'' in der Kapsel 32'' zu beschleunigen und zu verstärken.
Übergehend zu den Fig. 8 und 9, ist eine vergrößerte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform und besten Form der vorliegenden Erfindung in Form eines Flüssigkristallsegments 2, entsprechend in der mesomorphen, kurvenförmig angeordneten, anisotropen Phase und in der isotropen Phase dargestellt. Das Segment 2 wird aus einer Vielzahl an Volumen 29 gebildet, z. B. aus Flüssigkristallmaterial 30 und einem Behältnismedium 32. Das Behältnismedium kann z. B. Polyvinylalkohol sein und ist bevorzugt eine Kombination davon mit carbonsäurehaltigen Polymeren, wie unten genauer beschrieben, wobei dieses Medium auch Schutzschichten 40, 41 über und unter der sogenannten verkapselten Flüssigkristallschicht 42 bilden kann. Das Behältnismedium verhindert eine Verunreinigung des Flüssigkristallmaterials in den Volumen 29. Diese Schichten 40, 41 können in ihrer Höhe reduziert und/oder entfernt werden, besonders wenn ihre schützende Funktion nicht benötigt wird. Der Träger 6 besitzt eine polierte oder optisch reflektierende Beschichtung 43 in der Nähe des Bereiches, wo das Segment 2 gebildet wird, um Licht, das aus diese Oberfläche trifft, zu reflektieren.
Von der Lichtquelle 7 entlang einem Lichtweg 11 einfallendes Licht 44 (Fig. 1) trifft sowohl auf die Flüssigkristallschicht 42 als auch auf die Schutzschichten 40, 41. Da die Schutzschichten 40, 41 im allgemeinen optisch transparent sind, wird das Licht 44, das darauf trifft, dazu neigen, durch diese hindurch und durch das relativ zu der Darstellung in Fig. 8 linker Hand davon liegende Ende hinaus weitergeleitet zu werden. Jedoch wird Licht, das auf die mesomorphe Flüssigkristallschicht 42 trifft oder einfällt, dazu neigen, davon bevorzugt im wesentlichen isotrop gestreut zu werden. Ein Beispiel für einen Lichtstrahl oder Strahl, der durch die Oberfläche 45 des Segments 2 zur Betrachtung aus der Blickrichtung 21 herausgestreut wird, ist bei 50 dargestellt. Licht, das gegen die Oberfläche 45 und in einem relativ engen Kegelwinkel in Bezug auf eine Senkrechte zur Oberfläche gestreut oder reflektiert wird, wie der Strahl 50, der senkrecht zur Oberfläche 45 steht, wird dazu neigen, zur Betrachtung durch diese Oberfläche heraus weitergeleitet zu werden. Jedoch wird ein anderer gestreuter Lichtstrahl 51, außerhalb dieses Kegelwinkels und auf die Grenzfläche der Oberfläche 45 mit der äußeren Umgebung, wie Luft (dargestellt bei 52), einfallend, wie Strahl 53 an dieser Grenzfläche im Inneren totalreflektiert zurück zur Flüssigkristallschicht 42 zur weiteren Erleuchtung und wirksamen Erhellung derselben. Diese totale innere Reflexion wird auftreten, wenn der Brechungsindex der Schicht 40, wie Polyvinylalkohol oder einer Kombination davon mit anderen polymeren Materialien (unten genauer beschrieben), den Brechungsindex des äußeren Mediums 52, wie Luft, überschreitet, wenn der Winkel des Lichtstrahls 51 außerhalb des vorherbestimmten Kegelwinkels liegt, wie es denjenigen, die mit der Technik vertraut sind, klar wäre und wie es z. B. in verschiedenen der oben verwiesenen Patentanmeldungen beschrieben wird.
Eine andere Möglichkeit der Streuung des auf die Schicht 42 einfallenden Lichtes ist durch den Lichtstrahl oder Strahl 54 dargestellt, der entweder durch die Reflektoroberfläche 43 oder durch totale innere Reflexion, die in der Schutzschicht 41 an der Grenzfläche mit dem Träger 6 oder einem anderen Medium auftritt, als Lichtstrahl 55 reflektiert wird, der auf die Flüssigkristallschicht 42 zurückgerichtet ist, wobei dieser weiter verstärkt oder erhellt wird. Ein Teil des Lichtes, das durch die Flüssigkristallschicht 42 gestreut wird, kann zur rechten oder linken Seite der Schicht, bezüglich der Darstellung in Fig. 8, herausgeleitet werden; aber es wird eine relativ geringe Menge dieser zur Seite gerichteten Streuung auftreten.
In Fig. 9 befindet sich das Flüssigkristallmaterial 30 im Behältnismedium 32 in der isotropen Phase. Daher ist die Flüssigkristallschicht im wesentlichen optisch transparent. Dementsprechend wird das entlang des Lichtweges 11 einfallende Licht 44 im wesentlichen vollständig durch das Segment 2 weitergeleitet, wie es durch das Licht 44' dargestellt ist, das das Segment auf dessen linker Seite verläßt. Als Ergebnis wird das Segment 2 aus der Blickrichtung 21 relativ dunkel oder schwarz erscheinen, besonders verglichen mit anderen hell streuenden Segmenten.
Somit wird klar, daß der Flüssigkristalltemperaturfühler 1 in der Lage ist, Temperaturen in relativ hohen Bereichen zu fühlen. Die Erfindung ist auch ausgestattet zur guten Sichtbarkeit, um den Unterschied zwischen den gestreuten/hellen, spezifisch verstärkten Helligkeiten des enthaltenen Flüssigkristallmaterials, das sich in der mesomorphen oder anisotropen Phase befindet, und des Flüssigkristalls, der sich in der isotropen Phase befindet, zu unterscheiden. Reflexion, geliefert durch totale innere Reflexionseigenschaften und der Reflexion, die an der Oberfläche 43 auftritt, verstärkt weiter die Helligkeiten des Flüssigkristallmaterials in der mesomorphen Phase. Wenn erwünscht, kann die Oberfläche 43 teilweise reflektierend, nicht reflektierend oder sogar optisch absorbierend sein, aber Streuung durch den mesomorphen Flüssigkristall wird weiterhin auftreten und Helligkeiten werden weiterhin in dem Maße verstärkt werden, daß weiterhin an der Grenzfläche 45 totale innere Reflexion und/oder an dem Teilreflektor teilweise Reflexion auftreten würde. Der Vorteil einer absorbierenden Oberfläche 43 liegt in deren Fähigkeit, einfallendes Licht zu absorbieren, wobei das Aussehen eines isotropen Flüssigkristallsegments, das oberhalb der Übergangstemperatur liegt, weiter verdunkelt wird. Zwischen der absorbierenden Oberfläche 43 und der Unterseite der Flüssigkristallschicht 42 oder Schutzschicht 41 könnte ein Abstandsstück (nicht gezeigt) angebracht werden, um die Eigenschaften der totalen inneren Reflexion zu verbessern, wie es z. B. in verschiedenen, oben verwiesenen Anmeldungen beschieben wird.
Die Erfindung verwendet bevorzugt nematisches Flüssigkristallmaterial oder smektisches Flüssigkristallmaterial, die beide in der oben beschriebenen Art und Weise zu kurvenförmiger Anordnung oder Verzerrung fähig sind und die beide als Reaktion auf Temperatur im allgemeinen eine Änderung ihrer optischen Eigenschaften, die keine direkten Farbveränderungen sind, aufweisen, wobei letzteres in erster Linie bei cholesterischem Flüssigkristallmaterial der Fall ist.
Bevorzugt besitzen die verwendeten Flüssigkristallmaterialien einen guten Klärpunkt (Übergangstemperatur) als optische Klarheit (oberhalb des Klärpunktes) und Genauigkeit, Beschränkung oder Deutlichkeit des Klärpunktes (d. h., die Klärpunkttemperatur ist genau definiert, und es ist leicht zu erkennen, daß sie erreicht ist). Exemplarische Flüssigkristallmaterialien, die diese Eigenschaften besitzen, sind solche der Hydrochinongruppe. Es wurde ebenfalls herausgefunden, daß Flüssigkristallmaterialien, die Derivate der Alkylphenolester sind, besonders erwünscht sind, da sie sehr enge Klärpunkte besitzen und daher für die Temperaturmeßfunktion sehr genau sind.
Weiterhin sind für die vorliegende Erfindung bevorzugte Flüssigkristallmaterialien solche, die sich gut mit anderen mischen, um einen Klärpunkt zu liefern, der eine Funktion der entsprechenden Klärpunkte und der relativen Mengen der gemischten Flüssigkristallmaterialien ist. Nicht alle Flüssigkristallmaterialien sind so mischbar, daß sie ein Material mit einem guten Klärpunkt bilden. Jedoch wurde herausgefunden, daß sich Flüssigkristalle, die Ester und Hydrochinone sind, gut mischen und einen guten Klärpunkt liefern (d. h. genau definiert, leicht unterscheidbar und beobachtbar).
Wie oben erwähnt, können gemäß der Erfindung geeignete Flüssigkristallmaterialien Zusammensetzungen sein, die Derivate von Hydrochinonen und im besonderen Methylhydrochinonen sind. Die Flüssigkristallmaterialien dieser Art können durch die folgende Formel repräsentiert werden,
worin jedes R unabhängig voneinander eine niedrigermolekulare Alkyl- oder niedrigermolekulare Alkoxygruppe darstellt und R' eine niedrigermolekulare Alkylgruppe ist. Im Context dieser Erfindung soll eine niedrigermolekulare Alkyl- oder niedrigermolekulare Alkoxygruppe Gruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen umfassen. Spezielle Beispiele der R- Gruppen umfassen Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Octyl, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy usw. R' ist bevorzugt eine Methylgruppe.
Beispielhafte Radikale R und die isotropischen Übergangstemperaturen von Flüssigkristallmaterial, das diese enthält und worin R' eine Methylgruppe ist, sind
Rest Übergangstemperatur (ºC)
R=Pentyl 140ºC
R=Butoxy 206ºC
R=Hexoxy 172ºC
R=Butyl 139ºC
Spezielle Beispiele der Flüssigkristallmaterialien auf Hydrochinonbasis, die in dieser Erfindung verwendet werden, mit ihrer Übergangstemperatur, umfassen folgende: Bis-(4- butoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon (204ºC), Bis-(4-pentylbenzoyl)-2-methylhydrochinon (140ºC), Bis-(4-pentoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon, Bis-(4-hexoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon (172ºC), Bis-(4-butylbezoyl)-2-methylhydrochinon, Bis-(4-methoxybezoyl)-2- methylhydrochinon usw. Es können Mischungen dieser Flüssigkristallmaterialien auf Hydrochinonbasis verwendet werden.
Andere Materialien, die zu einer Hydrochinonkette hinzugefügt und erfindungsgemäß als Flüssigkristallmaterial verwendet werden könnten, umfassen Carbonsäureester, wie Azetat, Propionat, Butyrat, Hexanoat usw. und Carboxy, wie Methylcarboxy, Ethylcarboxy, Pentylcarboxy usw.
Andere beispielhafte Flüssigkristallmaterialien, die erfindungsgemäß brauchbar sind, umfassen z. B. solche, die folgend in Tabelle 1 aufgelistet sind. Tabelle 1 zeigt auch, welche Materialien leicht kombiniert werden können, und die Übergangstemperatur eines jeden Materials ist angegeben.

Tabelle 1

Nematische Flüssigkristallmischungen Übergangspunkt (ºC)
PePPeOB 4-n-Pentylphenyl-4-n-pentoxybenzoesäureester 55º und
PePMeOB 4-n-Pentylphenyl-4-n-methoxybenzoesäureester 42º oder
4-n-Pentylphenyl-4-n-methoxybenzoesäureester 42º und
4-n-Butylphenyl-4-n-heptylbenzoesäureester 15º oder
4-n-Hexyloxyphenyl-4-n-butylbenzoesäureester 50º und
4-n-Heptoxyphenyl-4-n-butylbenzoesäureester 43º oder
4-n-Ethoxybezyl-4-n-butylanilin 75,6º und
4-n-Butoxybenzyl-4-n-butylanilin 72,1º
(ein Beispiel für ein smektisches Flüssigkristallmaterial)
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist, daß bei Verwendung des 15ºC Flüssigkristallmaterials aus Tabelle 1 z. B., eine Zusammensetzung, die dieses Flüssigkristallmaterial und ein oder mehrere andere umfaßt, mit einer Übergangstemperatur, die unterhalb normaler Raumtemperatur von etwa 18ºC bis 25ºC liegt, möglich ist und in einem Flüssigkristallfühler gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
Falls erwünscht, können die Flüssigkristallsegmente 2-5 angefärbt werden. Wenn sie gefärbt werden, können die Segmente mit den gleichen oder verschiedenen entsprechenden Farben, bevorzugt unter Verwendung von nicht pleochroitischen Farbstoffen, angefärbt werden. Beispielhafte Farbstoffe können gewöhnliche Lebensmittelfarben sein. Der Farbstoff wird bevorzugt mit dem Behältnismedium gemischt, oder der Farbstoff kann durch Imbibition unter Anwendung eines Verfahrens, beschrieben in der oben verwiesenen Anmeldung, Serien-Nr. 480,461, aufgetragen werden. Der Farbstoff ist bevorzugt ein wasserlöslicher Farbstoff, der sich im Behältnismedium oder einem Bestandteil des Behältnismediums löst, ohne den Flüssigkristall zu beeinflussen oder sich darin zu lösen. Beispiele für solch ein gefärbtes Volumen 29''' von Flüssigkristallmaterial gemäß der Erfindung sind in Fig. 10 dargestellt, worin ein Farbstoff 60 in dem Behältnis 32 gezeigt ist. Ein Vorteil der verstärkten Helligkeit des mesomorphen Flüssigkristalls, der Licht gestreut, ist, daß, da das Licht im Mittel das verkapselte oder enthaltene Flüssigkristallmaterial mehrmals passiert, eine relativ geringe Menge des Farbstoffes immer noch eine wesentliche Färbung des Lichts bewirkt, das von dem Flüssigkristallsegment in die Blickrichtung 21 herausgestreut wird. Die Farbe ist erwünschterweise eine gut sichtbare Farbe, z. B. von grüner oder purpurroter Farbe, zur Maximierung der Helligkeit. Normalerweise wäre ein gefärbtes Segment von Flüssigkristall in der isotropen Phase dunkler und geringer gefärbt, bevorzugt von fast ungefärbter Erscheinung, bezogen auf ein streuendes Segment.
Ein Beispiel eines bevorzugten Flüssigkristallmaterials, brauchbar gemäß dieser Erfindung, ist ein Flüssigkristall, der ein Derivat von Methylhydrochinon ist.

Beispiel 1

Es wurde eine Mischung aus 32,5% (Molprozent) Bis-(4-butoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon und 67,6% Bis-(pentylbenzoyl)-2-methylhydrochinon hergestellt. (In den folgenden Beispielen 2-5 werden die Komponenten entsprechend als Materialien A und B bezeichnet werden. Beide sind oder besitzen Eigenschaften von nematischem Flüssigkristall.) Etwa 10 ml Chloroform (verwendet als Lösungsmittel) wurden in einem Reaktionsgefäß vorgelegt, und etwa 4 1/2 Gramm der Mischung wurden in dem Chloroform gelöst. Etwa 20 Gramm einer Lösung mit 17 Gew.% Polyvinylalkohol (20/30 PVA von Monsanto, die restlichen 83 Gew.% der PVA-Lösung waren Wasser) wurden in ein Reaktionsgefäß gegeben, und während diese mit einem Dremel (Hochgeschwindigkeitsmischer, der hohe Scherung verursacht) gerührt wurde, wurde die Chloroform-Flüssigkristall Mischung langsam zugegeben. Nach dieser Zugabe wurde die Mischung für weitere wenige Minuten gedremelt. Die entstehende Mischung von verkapseltem Flüssigkristallmaterial besitzt eine Lagerbeständigkeit von Monaten. Alternativ konnte auch eine Mischpumpe anstelle eines Dremels verwendet werden, um diese Verkapselung zu bewirken.
Zu der obigen "Originalmischung" wurde eine Lösung mit 15 Gew.% Gantrez AN-169 (von GAF, wobei die restlichen 85 Gew.% der Gantrez-Lösung Wasser waren) gegeben und gerührt. Der Anteil der Originalmischung an der Endmischung betrug 60 Gew.%, und der der Gantrez-Lösung betrug 40 Gew.% an der Endlösung. Die Endlösung hatte eine Lagerbeständigkeit von nur wenigen Tagen. (Daher würde, falls erwünscht, normalerweise das Gantrez AN-169 direkt vor der Verwendung/Anwendung der verkapselten Flüssigkristallmischung zugegeben werden.)
Eine oder mehrere Schichten der Endmischung wurden auf eine reflektierende Trägeroberfläche aus Aluminium oder Nickel aufgebracht und zwischen jeder Beschichtung an Luft trocknen gelassen. Das entstehende Material entsprach in Form und Funktion einem der oben beschriebenen Segmente 2-5; dieses hatte eine Übergangstemperatur von etwa 163ºC.
Reines Material A besitzt eine Übergangstemperatur oder einen Klärpunkt von etwa 204ºC und einen Schmelzpunkt von 113ºC; und reines Material B besitzt eine Übergangstemperatur oder einen Klärpunkt von etwa 140ºC und einen Schmelzpunkt von etwa 64ºC.

Beispiel 2

Es wurden die Verfahren und Materialien von Beispiel 1 angewendet, außer, daß die 15% Gantrez AN-169 aus Beispiel 1 gegen eine Lösung mit 20 Gew.% Gantrez AN-169 (wobei die restlichen 80 Gew.% dieser Lösung Wasser waren) ersetzt wurden. Die Ergebnisse des gebildeten Produkts und dessen Betriebsweise waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1.

Beispiel 3

Es wurde das Verfahren aus Beispiel 1 befolgt, außer, daß Material A 54,4 Gew.% und Material B 45,6 Gew.% der Flüssigkristallmischung ausmachten. Diese Mischung zeigte eine Übergangstemperatur oder einen Klärpunkt von etwa 177ºC.

Beispiel 4

Es wurde das Verfahren aus Beispiel 1 befolgt, außer, daß Material A 77,0 Gew.% und Material B 23,0 Gew.% der Flüssigkristallmischung ausmachten. Diese Mischung zeigte eine Übergangstemperatur oder einen Klärpunkt von etwa 191ºC.

Beispiel 5

Es wurde das Verfahren aus Beispiel 1 befolgt, außer, daß von Material A 100,0 Gew.% der Flüssigkristallmischung und kein Material B verwendet wurde. Dieses Material zeigte eine Übergangstemperatur oder einen Klärpunkt von etwa 204ºC.
Das vorgenannte liefert verschiedene Beispiele für Hochtemperaturflüssigkristallmaterialien und Mischungen davon, die als die Flüssigkristallzusammensetzung in dem Flüssigkristalltemperaturfühler der Erfindung verwendet werden können. Es wird klar werden, daß solche Materialien in jeweils verschiedenen Segmenten 2-5 der Vorrichtung 1 (Fig. 1-3) verwendet werden können, um eine Anzeige zu liefern, ob die von der Erfindung abgetastete Temperatur irgendeinen oder mehrere der Klärpunkte oder Übergangstemperaturen dieser Mischungen überschreitet. Die Mischungen aus den Beispielen 1-5 sind nicht auf Kristallisationsprobleme gestoßen.
Es werden einige Eigenschaften des Behältnismediums angemerkt. Zum Beispiel ist es erwünscht, daß das Behältnismedium wasserbeständig ist - dieses Medium sollte sich nicht in Wasser lösen. Das Flüssigkristallmaterial und Komponenten darin sollten in dem Behältnismedium nicht löslich sein. Weiterhin sollte das Behältnismedium für Hochtemperaturanwendungen beispielsweise über 100ºC temperaturbeständig sein, z. B. optisch und anderweitig stabil; besonders sollte dieses Medium nicht brünieren oder sich anderweitig verfärben oder zumindest sollte es als Reaktion auf relativ hohe Temperaturen sich nur relativ langsam verfärben und sollte im wesentlichen optisch transparent bleiben.
Beispiele für Materialien für Behältnis- oder Verkapselungsmedien, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, wie Polyvinylalkohol (nachfolgend manchmal als PVA bezeichnet), Gantrez (hierin austauschbar verwendet, bezogen auf Polymaleinsäureprodukte, im besonderen Poly-(methylvinylether/maleinsäureanhydrid), das von GAF verkauft wird, und gleichwertige Materialien - es soll verstanden werden, daß, wenn Gantrez hierin erwähnt wird, gleichwertige Materialien -an dessen Stelle verwendet werden können), Gelatine, Carbopol (ein Carboxypolymethylenpolymer der B.F. Goodrich Chemical Corporation - es soll verstanden werden, daß, wenn Carbopol hierin erwähnt wird, gleichwertige Materialien an dessen Stelle verwendet werden können), andere Polymere usw. sind in dem oben verwiesenen Patent und den Anmeldungen vorgelegt, die sich mit verkapseltem oder enthaltenem, verzerrtem und kurvenförmig angeordnetem Flüssigkristall befassen, und die gleichen sind durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Beispiele und Eigenschaften mehrerer, für die Erfindung brauchbarer PVA-Materialien sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt: Tabelle 2 Behältnismedium (PVA) Viskosität % hydrolysiert Molekulargewicht Temperatur & % Lösungen Galvatol von Monsanto Company Air Products and Chemicals, Inc. Elvanol von DuPont Company Poval von Kurashiki
Obwohl manche der zuvorgenannten Materialien alleine oder in verschiedenen Mischungen und Kombinationen verwendet werden können, können manche dieser Materialien bei erhöhter Temperatur Brünierung unterworfen sein und (besonders Polymere) können dazu neigen, bei erhöhten Temperaturen den Flüssigkristall zu lösen.
Man hat herausgefunden, daß die Aufnahme von Gantrez oder Carbopol in das Behältnismedium hilft, die Wasserbeständigkeit des eingekapselten oder enthaltenen Flüssigkristallmaterials als ganzes zu verbessern. Dies trifft besonders für Behältnismedien zu, die aus Mischungen von PVA und Gantrez und Mischungen aus PVA und Carbopol hergestellt wurden; die Gantrez- und die Carbopolmaterialien oder -typen verhindern eine Wasserlöslichkeit des PVA. Gantrez wird von GAF verkauft und kann ordnungsmäßig als Poly-(methylvinylether/maleinsäureanhydrid) gekennzeichnet werden. Ein bevorzugtes Gantrezprodukt ist das von GAF als Gantrez AN-169 verkaufte. Andere Produkte, die in der Erfindung eingesetzt werden könnten, sind die, die als Gantrez AN-119, -139 und -149 gekennzeichnet sind, aber Gantrez AN-169 wird bevorzugt. Es können auch andere gleichwertig funktionierende Polymaleinsäureprodukte gegen Gantrez ersetzt werden. Gleichwertige Produkte können auch gegen das Carbopolmaterial ausgetauscht werden.
Ein bevorzugtes Behältnismedium für den Flüssigkristall ist erfindungsgemäß, besonders für Flüssigkristallfühler für relativ hohe Temperaturen, eine Kombination aus Polyvinylalkohol und Gantrez. Der Polyvinylalkohol ist wasserlöslich und kann vollständig mit wasserlöslichem Farbstoff gemischt werden, um eine Färbung des Behältnismediums zu erzielen. Der wasserlösliche Polyvinylalkohol kann auch zweckmäßig verwendet werden, um eine Ölbasis oder öllösliches Flüssigkristallmaterial zu verkapseln, um die gewünschten Volumen von Flüssigkristall zu bilden, z. B. durch Mischen des PVA mit Flüssigkristall, wobei eine Emulsion oder ein Material von emulsionsähnlicher Konsistenz aus PVA und Flüssigkristall gebildet wird. Die Zugabe von Gantrez zu solch einer Emulsion würde zu einer Reaktion zwischen dem PVA und Gantrez führen, wobei ein Polyester gebildet würde. Das Polymaleinsäureprodukt, wie Gantrez oder gleichwertig verwendete Materialien, sollten wasserlöslich sein, damit sie sich mit dem PVA gut mischen und gut reagieren. Polyester ist wasserunlöslich und ergibt ein fertiges Behältnismedium, das ziemlich stabil ist, wenn man es z. B. eine verkapselte Flüssigkristallschicht 42 in einem Segment 2-5 einrichten läßt.
Gantrez, genauer Poly-(methylvinylether/maleinsäureanhydrid), kann alleine als Behältnismedium verwendet werden, d. h. ohne mit PVA kombiniert zu werden. Jedoch wären die Eigenschaften, z. B. bezüglich Wasserbeständigkeit und optischer Stabilität bei hoher Temperatur, nicht so die erwünschten, wie die Eigenschaften bei Verwendung einer Kombination aus Gantrez und PVA.
Man hat herausgefunden, daß dieses Behältnismedium aus erhaltenem Polyester oder auf jeden Fall aus Polyvinylalkohol und Poly-(methylvinylether/maleinsäureanhydrid), bevorzugt Gantrez, relativ stabile optische Eigenschaften besitzt, die im besonderen die Fähigkeit umfassen, selbst wenn es relativ hohen Temperaturen ausgesetzt ist, sich nicht zu verfärben oder zu brünieren oder zumindest nur langsamer Verfärbung oder Brünierung zu unterliegen, besonders wenn man es mit der relativ schnellen Verfärbung anderer Behältnismedien vergleicht. Das Flüssigkristallmaterial tendiert ebenfalls nicht dazu, zu verfärben oder sich in dem entstehenden Polyesterbehältnismedium der Erfindung zu lösen.
Der bevorzugte PVA ist derjenige der als 20/30 gekennzeichnet ist, was eine Bezeichnung für die Viskosität ist. Es können auch andere PVA-Materialien verwendet werden. Diese Materialien sollten eine geeignete Viskosität besitzen, um gewünschtes Aufbringen (z. B. auf den Träger 6, während es in Emulsion mit Flüssigkristallmaterial ist), Nivellierung und ähnliche Eigenschaften zu erzielen, die eine Funktion von Viskosität und Viskositätskontrolle sein können.
Jedes Verhältnis zwischen PVA und Gantrez (oder einem anderen, gleichwertigen Polymaleinsäureprodukt) kann verwendet werden, um das Behältnismedium zu bilden. Jedoch sollte das Behältnismedium bevorzugt aus z. B. von 5% bis 80% Gantrez (oder einem gleichwertig arbeitenden Polymaleinsäureprodukt) und von 95% bis 20% PVA hergestellt werden. Besonders bevorzugt wäre ein Verhältnis, das etwa im mittleren Bereich der beschriebenen Verhältnisse liegt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform und der besten Art und Weise der vorliegenden Erfindung, wird das beste nicht brünierende Behältnismedium aus PVA und Gantrez in den Verhältnisbereichen, die gerade oben genannt wurden, gebildet.
Wie gerade oben erwähnt, sollte das Flüssigkristallmaterial in dem Behältnismedium nicht löslich sein, tatsächlich nicht einmal teilweise Löslichkeit besitzen, egal ob letzteres PVA, Gantrez, ein anderes Material oder eine Mischung davon ist. Daher sollten alle Bestandteile des Flüssigkristallmaterials im Flüssigkristallmaterial bleiben und sollten sich nicht im Behältnismedium lösen.
Das Lösungsmittel in den oben genannten Beispielen 1-5 war Chloroform. Es können auch andere Lösungsmittel verwendet werden; Beispiele umfassen Dimethylglykolether und Diethylglykolether.
Erfindungsgemäß können durch Mischen mehrerer Flüssigkristallmaterialien, die verschiedene entsprechende Übergangstemperatureigenschaften besitzen, verschiedene Übergangstemperaturen für Flüssigkristallmaterialzusammensetzungen erzielt werden. Die entstehende Zusammensetzung wird eine Übergangstemperatur besitzen, die eine Funktion ist oder in einem Verhältnis steht zu der Übergangstemperatur jedes Bestandteils und den relativen Mengen jedes Bestandteils in der Zusammensetzung. Tatsächlich, wie in Fig. 11 gezeigt, wird die Übergangstemperatur einer Mischung von Flüssigkristallmaterialien mit verschiedenen Übergangstemperaturen im allgemeinen linear variieren in Bezug auf die relativen Mengen des Flüssigkristallmaterials in Molprozent, das in der Flüssigkristallmischung oder -zusammensetzung verwendet wurde. Die Steigung jeder Kurve in Fig. 11 wird eine Funktion der Übergangstemperatur jedes Bestandteils der Zusammensetzung sein.

Beispiel 6

Es wurde eine Anzahl Mischungen von Flüssigkristallmaterial(ien) mit verkapselndem oder Behältnismedium hergestellt und von jeder der Klärpunkt oder die Übergangstemperatur gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen wurden graphisch dargestellt, wie in Fig. 11 gezeigt. Kurve 100 in Fig. 11 stellt verschiedene Molprozente (Mischungen) von Flüssigkristallmischung(en) C und/oder D dar; Kurve 101 in Fig. 11 stellt verschiedene Molprozente von Flüssigkristallmischung(en) C und/oder E dar; und Kurve 102 in Fig. 11 stellt verschiedene Molprozente von Flüssigkristallmischung(en) D und/oder E dar. Mischungen C, D und E sind unten definiert. Somit bestand die hergestellte und auf den Klärpunkt untersuchte Flüssigkristallmischung am linken unteren Ende von Kurve 100 im wesentlichen ausschließlich aus Flüssigkristallmischung C; und der hergestellte und auf den Klärpunkt untersuchte Flüssigkristall am oberen rechten Ende von Kurve 100 bestand im wesentlichen ausschließlich aus Flüssigkristallmischung D. In den verschiedenen Mittelabschnitten von Kurve 100 sind Kombinationen der Flüssigkristallmischungen C und D in den ungefähren Molprozenten, dargestellt auf der vertikalen Achse des Graphen in Fig. 11, repräsentiert, und der Klärpunkt eines solchen Materials kann entlang der horizontalen Achse unten am Graphen abgelesen werden.
Für Beispiel 6 wurde das Verkapselungsmaterial oder Behältnismedium aus 22 Gew.% (der Rest war Wasser) 20/30 Polyvinylalkohol mit 0,1% eines Tensides LD-630 (von GAF) und einer ausgewählten Menge an Farbstoff hergestellt. Mit der Mischung oder Emulsion von Flüssigkristallmaterial und Verkapselungsmaterial, wie es hierin beschrieben ist, wurde noch eine Lösung mit 20 Gew.% Gantrez gemischt.
Der Farbstoff war grüne Lebensmittelfarbe von McCormick. Es wurden verschiedene Konzentrationen an Farbstoff empirisch getestet, bis ein guter Kontrast vor und nach der Klärung erzielt wurde. Die empirisch bestimmte Farbstoffmenge war etwa 1 ml Farbstoff in 250 ml Polyvinylalkohollösung. Es können verschiedene Mengen und/oder Farben an Farbstoff für jedes verkapselte Flüssigkristallelement verwendet werden (z. B., gezeigt als Elemente 2-5 in Fig. 1), um verschiedene entsprechende Temperaturen anzuzeigen, wodurch eine visuelle Temperaturunterscheidung durch eine Person, die einen Flüssigkristalltemperaturfühler 1 gemäß der Erfindung verwendet, erleichtert wird.
Der Zweck des in Beispiel 6 verwendeten Tensides ist, bessere Beschichtungseigenschaften des verkapselten Flüssigkristallmaterials zu liefern, d. h. das Aufbringen desselben auf eine Oberfläche, wie die Oberfläche des Trägers 6 (Fig. 1), in einer im allgemeinen gleichmäßigen Art und Weise zu erleichtern. Gleichförmigkeit kann in der Dicke und/oder anderen Eigenschaften der verkapselten Flüssigkristallschicht, bestehend aus dem Flüssigkristallmaterial und dem Behältnismedium, bestehen. Es können Tenside, die das beispielhafte LD-630 und/oder andere umfassen, die in dem Flüssigkristallmaterial selbst nicht löslich sind oder bevorzugt in dem Behältnismedium gehalten werden, gemäß diesem Aspekt der Erfindung verwendet werden.
Das verwendete Flüssigkristallmaterial, namentlich jenes, welches oben als Mischungen C, D und E bezeichnet wurde, war folgendes:
Mischung C) PPMeOB- 39,6%
PPPOB- 26,6%
Ethylphenylpropylbenzoat- 33,8%
Mischung D) PPMeOB- 60%
PPPOB- 40%
Mischung E) Eine Mischung von etwa 52% aus
(1) Einer Mischung aus PPMeOB 60% und PPPOB 40%-82%
(2) Bis-(4-butoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon 18% und etwa 48% aus
(1) CnPPeB- 33%
(2) CnPHepB- 50%
(3) Bis-(pentylbenzoyl)-2-methylhydrochinon- 16,6%
Der Flüssigkristalltemperaturfühler würde auch ohne den in Beispiel 6 genannten Farbstoff arbeiten. Jedoch sollte, wenn Farbstoff verwendet wird, wie in Beispiel 6 beschrieben, der Farbstoff ein wasserlöslicher sein, der sich in dem Behältnismedium löst, der sich aber nicht in dem Flüssigkristallmaterial löst und eine Veränderung der Temperatur und weiterer Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials verursacht. Der Farbstoff sollte auch ein relativ gut sichtbarer Farbstoff sein, wie grün oder purpurrot, um die Sichtbarkeit des Flüssigkristallsegments des Flüssigkristallfühlers der Erfindung zu maximieren.
Gemäß dem Verfahren zur Verkapselung der Flüssigkristallmaterialien, ausgewählt aus einem oder zwei der oben genannten Mischungen C, D und E, wurden 15 Gramm einer 22%igen Lösung aus Polyvinylalkohol 20/30 (wobei die anderen 78% Wasser waren) mit Farbstoff in ein 50 ml Becherglas gegeben, und die Bestandteile wurden mit einem Dremel bei mittlerer Geschwindigkeit gerührt. Während des Rührens wurden tropfenweise 5 Gramm gefiltertes Flüssigkristallmaterial des (der) ausgewählten Flüssigkristallmischung(en) hinzugegeben. Die Mischung wurde für eine weitere 1/2 Minute nach der Zugabe des Flüssigkristallmaterials gerührt, wobei eine Emulsion hergestellt wurde. Zur fertigen Emulsion wurde eine Lösung aus 20% Gantrez hinzugegeben.
Es wurde ein Objektträger präpariert und unter dem Mikroskop auf unverkapseltes Flüssigkristallmaterial untersucht. Es wurde bestimmt, daß die ideale Mischung relativ große Kapselausmaße mit völliger Verkapselung besitzt, d. h. daß das gesamte Flüssigkristallmaterial verkapselt ist. Die Klärtemperatur jeder Probe wurde untersucht, nachdem der Objektträger völlig trocken war, und die Ergebnisse sind im Diagramm in Fig. 11 dargestellt.
Wie man im Diagramm in Fig. 11 sehen kann, reichen die Klär- oder Übergangstemperaturen der in Beispiel 6 verwendeten Materialien von etwa 25ºC bis etwa 70ºC. Dieser Temperaturbereich ist niedriger als der der Materialien, die verwendet werden, um höhere Temperaturen zu fühlen, wie z. B. in den Beispielen 1-5 dargestellt, und daher wäre der Gebrauch von Gantrez im Behältnismedium der Zusammensetzungen für niedrigere Temperaturen, um Brünierung usw. zu vermeiden, normalerweise unnötig, solange eine Vorrichtung, die diese niedrigeren Temperaturen verwendet, normalerweise nicht den relativ höheren Temperaturen ausgesetzt würde. PVA oder ein gleichwertiges Material, das Verunreinigung des Flüssigkristallmaterials verhindert, sollte bevorzugt verwendet werden, in beiden, den relativ niedrigeren und höheren Temperaturfühlerausführungsformen, die hierin beschrieben sind.

Darstellung industrieller Anwendung

Mit dem Vorangegangenen im Bewußtsein wird klar, daß die verschiedenen Flüssigkristallmaterialien, enthalten in Volumen in einem Behältnismedium, so auf einen Träger aufgebracht werden können, daß sie Temperatur fühlen und eine Ausgabeinformation von der abgetasteten Temperatur liefern.

Claims

1. Temperaturfühlervorrichtung (1) mit Flüssigkristalleinrichtung (30) zur Zerstreuung oder Übertragung von darauffallendem Licht, wobei die Flüssigkristalleinrichtung in einer Behältniseinrichtung (32) mikroverkapselt ist, in der verschiedene Volumen (29) der Flüssigkristalleinrichtung vorhanden sind und worin die besagte Flüssigkristalleinrichtung bei Temperaturen unterhalb einer bestimmten Übergangstemperatur eine mesomorphe oder anisotrope Phase und bei Temperaturen bei oder oberhalb einer solchen Übergangstemperatur eine isotrope Phase besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß

(i) die Behältniseinrichtung so angeordnet ist, daß sie eine Ausrichtung der Flüssigkristalleinrichtung induziert, wenn diese in einer solchen mesomorphen oder anisotropen Phase vorliegt, basierend auf Oberflächenwechselwirkung zwischen der Behältniseinrichtung und der Flüssigkristalleinrichtung, was die genannte Lichtzerstreuung verursacht; und

(ii) die Flüssigkristalleinrichtung und die Behältniseinrichtung, wenn die Flüssigkristalleinrichtung in einer solchen isotropen Phase vorliegt, miteinander so zusammenwirken, daß sie Licht überträgt, im Gegensatz zur genannten Lichtzerstreuung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Reflexionseinrichtung (45) zur Reflexion des durch die Flüssigkristalleinrichtung zerstreuten Lichtes.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 weiterhin mit einer Trägerneinrichtung zum Halten der Volumen der Flüssigkristalleinrichtung in der Behältniseinrichtung, wobei die Reflexionseinrichtung eine Grenzfläche mit mindestens einer der Behältniseinrichtung und Trägereinrichtung umfaßt, um eine innere Totalreflexion von Licht zu bewirken, das auf diese Grenzfläche in einem größeren Winkel als einem vorgeschriebenen Winkel in Bezug auf eine Normale in dieser Grenzfläche trifft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Reflexionseinrichtung eine Oberfläche der Trägereinrichtung umfaßt, auf der die Flüssigkristalleinrichtung und die Behältniseinrichtung plaziert sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4 mit einer Lichtquelleneinrichtung (7) zur Beleuchtung der Flüssigkristalleinrichtung in der Behältniseinrichtung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Lichtquelleneinrichtung bezüglich der Flüssigkristalleinrichtung und der Behältniseinrichtung so angebracht ist, daß sie einfallendes Licht darauf allgemein entlang eine Weg (11) außerhalb der erwarteten Blickrichtung der Flüssigkristalleinrichtung richtet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Behältniseinrichtung eine Vorrichtung umfaßt, die die Flüssigkristalleinrichtung in einer krummlinig ausgerichteten Anordnung, zumindest bei Temperaturen unterhalb der Übergangstemperatur, wenn die Flüssigkristalleinrichtung in der mesomorphen oder anisotropen Phase vorliegt, enthält, wobei die Flüssigkristalleinrichtung, wenn sie in solch einer mesomorphen oder anisotropen Phase vorliegt, einen anderen Brechungsindex als die Behältniseinrichtung besitzt, was zur genannten Lichtzerstreuung führt, und wenn die Flüssigkristalleinrichtung in einer isotropen Phase vorliegt, sie einen Brechungsindex hat, der im wesentlichen mit dem Brechungsindex der Behältniseinrichtung übereinstimmt, was die Zerstreuung von darauffallendem Licht reduziert, wobei Licht von der Lichtquelle, wenn die Flüssigkristalleinrichtung unterhalb der Übergangstemperatur liegt, in Blickrichtung zerstreut wird, was dazu führt, daß die Flüssigkristalleinrichtung relativ hell erscheint und oberhalb der Übergangstemperatur die Flüssigkristalleinrichtung die Zerstreuung reduziert und relativ dunkel erscheint.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristalleinrichtung mehrere Segmente (2-5) mit Flüssigkristalleinrichtungen in Behältniseinrichtungen umfaßt, die auf einer Trägereinrichtung zum Halten der Volumen von Flüssigkristalleinrichtung in den Behältniseinrichtungen angeordnet sind, wobei mehrere der Segmente verschiedene, bestimmte Übergangstemperaturen haben.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Stoffzusammensetzung besitzt mit

a) mehr als 0 bis weniger als 100 Molprozent eines ersten Flüssigkristallmaterials, und

b) mehr als 0 bis weniger als 100 Molprozent eines zweiten Flüssigkristallmaterials,

wobei die Stoffzusammensetzung bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur eine mesomorphe oder anisotrope Phase und bei oder oberhalb dieser Übergangstemperatur eine isotrope Phase besitzt, wobei die Übergangstemperatur im Bereich von etwa 15ºC bis etwa 205ºC liegt und annähernd 15ºC für eine der Stoffzusammensetzungen und etwa 205ºC für eine andere Stoffzusammensetzung beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Übergangstemperatur eine Funktion der entsprechenden Übergangstemperaturen jedes einzelnen Flüssigkristallmaterials und der relativen Menge jedes einzelnen Flüssigkristallmaterials in der Zusammensetzung ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Stoffzusammensetzung besitzt mit

wobei die Stoffzusammensetzung bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur eine mesomorphe oder anisotrope Phase und bei oder oberhalb dieser Übergangstemperatur eine isotrope Phase besitzt, wobei die Übergangstemperatur im Bereich von etwa 26ºC bis etwa 75ºC liegt und annähernd 26ºC für eine der Stoffzusammensetzungen und etwa 75ºC für eine andere Stoffzusammensetzung beträgt und worin die Übergangstemperatur eine Funktion der entsprechenden Übergangstemperaturen jedes einzelnen Flüssigkristallmaterials und der relativen Menge jedes einzelnen Flüssigkristallmaterials in der Zusammensetzung ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Stoffzusammensetzung besitzt mit

wobei die Stoffzusammensetzung bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur eine mesomorphe oder anisotrope Phase und bei oder oberhalb dieser Übergangstemperatur eine isotrope Phase besitzt, und beide, das erste und zweite Flüssigkristallmaterial, aus jeweils einer der folgenden Zusammensetzungen ausgewählt sind (Prozentzahlen beziehen sich auf Molprozente),

Mix A) PPMeOB- 39,6%

PPPOB- 26,6%

Ethylphenylpropylbenzoat 33,8%

Mix B) PPMeOB- 60%

PPPOB- 40%

Mix C) Eine Mischung aus etwa 52% aus

(1) einer Mischung von PPMeOB 60% und PPPOB 40% 82%

(2) Bis(4-butoxybenzoyl)-2-methylhydrochinon 18% und etwa 48% aus

(1) CnPPeB 33%

(2) CnPHepB 50%

(3) Bis(4-pentylbenzoyl)-2-methylhydrochinon 16,6%

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Stoffzusammensetzung besitzt (Prozentzahlen beziehen sich auf Molprozente) mit

a) von etwa 30% bis weniger als etwa 100% Bis(4-butoxybenzoyl)-2- methylhydrochinon und

b) von mehr als etwa 0% bis etwa 70% Bis(4-pentylbenzoyl)-2- methylhydrochinon.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Übergangstemperatur von etwa 140ºC bis etwa 205ºC besitzt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Behältniseinrichtung Vorrichtungen zum Einschließen der Flüssigkristalleinrichtung in krummliniger Anordnung umfaßt, wenn die Flüssigkristalleinrichtung in der mesomorphen oder anisotropen Phase vorliegt

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, wobei die Behältniseinrichtung aus einem Material besteht, das als Reaktion auf relativ hohe Temperatur langsamer oder gar keiner Entfärbung unterliegt und das bei relativ hohen Tempraturen die Flüssigkristalleinrichtung nicht löst.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Behältniseinrichtung eine Mischung aus mindestens einem Polyvinylalkohol und mindestens einem Poly(methylvinylether/ maleinsäureanhydrid) umfaßt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Mischung etwa 5% bis etwa 80% Poly(methylvinylether/maleinsäureanhydrid) umfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Mischung 20/30 Polyvinylalkohol umfaßt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Mischung zusätzlich ein Lösungsmittel enthält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Lösungsmittel mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Chloroform, Dimethylglykolether und Diethylglykolether, umfaßt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, die weiterhin ein Färbemittel zur Färbung des durch die Flüssigkristalleinrichtung zerstreuten Lichtes umfaßt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Färbemittel einen gut sichtbaren, wasserlöslichen Farbstoff in der Behältniseinrichtung umfaßt, der in der Flüssigkristalleinrichtung unlöslich ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, wobei die Flüssigkristalleinrichtung nematisch wirkenden Flüssigkristall umfaßt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, wobei die Flüssigkristalleinrichtung smektisch wirkenden Flüssigkristall umfaßt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, wobei die Flüssigkristalleinrichtung ein Material umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, die mindestens smektische und nematische Flüssigkristalle beinhaltet, wobei das Material in Abwesenheit eines cholesterischen Flüssigkristallmaterials damit vermischt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Flüssigkristalleinrichtung, wenn sie in einer mesomorphen oder anisotropen Phase vorliegt, einen von der Behältniseinrichtung verschiedenen Brechungsindex hat, um darauffallendes Licht zu zerstreuen, und die Flüssigkristalleinrichtung, wenn sie in der isotropen Phase vorliegt, einen Brechungsindex besitzt, der im wesentlichen mit dem der Behältniseinrichtung übereinstimmt, um die Zerstreuung von darauffallendem Licht zu reduzieren.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Flüssigkristalleinrichtung ein Material umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, die mindestens smektische und nematische Flüssigkristalle beinhaltet, wobei das Material in Abwesenheit eines cholesterischen Flüssigkristallmaterials damit vermischt ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Stoffzusammensetzung besitzt mit

so daß die Gesamtmenge an Flüssigkristallmaterial 100 Molprozent entspricht, wobei die Stoffzusammensetzung bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur eine mesomorphe oder anisotrope Phase und bei oder oberhalb dieser Übergangstemperatur eine isotrope Phase besitzt, wobei die Übergangstemperatur im Bereich von etwa 15ºC bis etwa 205ºC liegt.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14 oder 27-29, wobei die Flüssigkristalleinrichtung ein nematisches Flüssigkristallmaterial umfaßt.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14 oder 27-29, wobei die Flüssigkristalleinrichtung ein smektisches Flüssigkristallmaterial umfaßt.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-31, worin die Behältniseinrichtung aus einer Kombination von mindestens zwei Materialien besteht, wobei mindestens eines dieser Materialien normal wasserlöslich ist und mindestens ein weiteres dieser Materialien mit dem genannten einen reagieren kann, um die Behältniseinrichtung wasserunlöslich zu machen.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, worin die Flüssigkristalleinrichtung eine Übergangstemperatur einer Größenordnung besitzt, die unterhalb der Raumtemperatur liegt.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, worin die Flüssigkristalleinrichtung eine Übergangstemperatur von etwa 15ºC bis etwa 400ºC besitzt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Flüssigkristalleinrichtung eine Mischung von mindestens zwei Flüssigkristallmaterialbestandteilen umfaßt, in der einer der Flüssigkristallmaterialbestandteile eine relativ hohe Übergangstemperatur und der andere eine relativ dazu niedrigere Übergangstemperatur besitzt, wobei die Übergangstemperatur dieser Mischung aus den Flüssigkristallmaterialien eine Funktion der Eigenschaften eines jeden dieser Flüssigkristallmaterialbestandteile in der Mischung ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, worin die Flüssigkristalleinrichtung eine Übergangstemperatur einer Größenordnung besitzt, die unterhalb der Raumtemperatur liegt.

37. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Behältniseinrichtung ein Carboxypolymethylen-Polymer umfaßt.

38. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Behältniseinrichtung in Wasser unlöslich ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die Flüssigkristalleinrichtung in der Behältniseinrichtung unlöslich ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Behältniseinrichtung in Wasser unlöslich ist und die Behältniseinrichtung in einer Reaktion aus: a) einem wasserlöslichen Material, das zuerst mit der Flüssigkristalleinrichtung kombiniert wurde, und b) einem weiteren Material, das mit dem einen wasserlöslichen Material reagieren kann, gebildet ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Behältniseinrichtung einen Polyester umfaßt.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, wobei die Flüssigkristalleinrichtung ein im Betrieb nematisches Flüssigkristallmaterial in Abwesenheit eines damit vermischten cholesterischen Flüssigkristallmaterials umfaßt.

43. Verfahren zur Herstellung eines Temperaturfühlers nach einem der Ansprüche 1-42, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Mischen eines ersten Behältnismaterials mit einem Flüssigkristallmaterial, wobei mehrere Volumen des Flüssigkristallmaterials in dem ersten Behältnismedium gebildet werden, und das Mischen eines zweiten Behältnismaterials, das mit dem ersten Behältnismediummaterial reagieren kann, mit der zuerst genannten Mischung, wobei ein Behältnismedium für das Flüssigkristallmaterial fertiggestellt wird, umfaßt, wobei der Flüssigkristall in dem Behältnismedium eine mesomorphe oder anisotrope Phase bei Temperaturen unterhalb einer Übergangstemperatur besitzt, so daß darauffallendes Licht zerstreut wird, und eine isotrope Phase bei Temperaturen bei oder oberhalb der Übergangstemperatur, so daß darauffallendes Licht übertragen wird, hat.

44. Verfahren nach Anspruch 43, weiterführend darin, daß das erste und zweite Behältnismaterial so ausgewählt wird, daß sie so reagieren, daß sie ein im wesentlichen wasserunlosliches Behaltnismedium für die Volumen des Flüssigkristallmaterials bilden.

45. Verfahren nach Anspruch 43, weiterführend darin, daß das erste und zweite Behältnismaterial so ausgewählt wird, daß sie so reagieren, daß ein Brünieren des Behältnismaterials oder die Absorption des Flüssigkristallmaterials bei Temperaturen, die etwa 100ºC überschreiten, verhindert bzw. im wesentlichen verhindert wird.

46. Verfahren nach Anspruch 43, worin das erste Behältnismedium mindestens einen Polyvinylalkohol beinhaltet, und das zweite Behältnismedium mindestens ein Poly- (methylvinylether/maleinsäureanhydrid) enthält, wobei der mindestens eine Polyvinylalkohol und das mindestens eine Poly-(methylvinylether/maleinsäureanhydrid) so ausgewählt wird, um Behältniseinrichtungen zu bilden, die bei relativ hohen Temperaturen die Flüssigkristalle nicht lösen, und die als Reaktion auf relativ hohe Temperaturen keiner oder langsamer Verfärbung unterliegen.

47. Verfahren nach Anspruch 43, worin das erste Behältnismedium ein wasserlösliches Material, gemischt mit dem Flüssigkristall, einschließt, damit eine erste Emulsion gebildet wird, worin der Flüssigkristall in einer wasserlöslichen Behältniseinrichtung enthalten ist, und anschließend das zweite Behältnismedium zugegeben wird, wobei das zweite Behältnismedium mit dem wasserlöslichen Material so reagieren kann, daß eine solche erste Emulsion gebildet wird, wobei das wasserlösliche Material und das zweite Behältnismedium so ausgewählt werden, daß sie besagtes Behältnismedium bilden, das den Flüssigkristall bei relativ hohen Temperaturen nicht auflöst und das als Reaktion auf relativ hohe Temperaturen keiner oder langsamer Verfärbung unterliegt und worin der Flüssigkristall in der wasserunlöslichen Behältniseinrichtung enthalten ist.