NO129020B - - Google Patents

Description

Visuell fremvisningsanordning.

Foreliggende oppfinnelse angår en visuell fremvisningsanordning og mer spesielt fremvisningsanordninger som gjør bruk av væskekrystaller.

Betegnelsen "væskekrystaller" angir den stofftilstand som ofte kalles mesofasen, hvor stoffet har flyt- og strømningsegenskaper som er knyttet til væsketilstanden, men oppviser vidtgående ordning som hos krystaller. Når væskekrystaller, og særlig krystaller av kol-esteryltypen, utsettes for påvirkning av varme eller et elektrisk felt, forandrer de farge, et fenomen som det gjøres bruk av i tempera-turstyrte billed- og fremvisnings-apparater.

Selv om væskekrystaller teoretisk kan brukes til termisk billeddannelse og andre fremvisningssystemer, hefter det en rekke problemer til deres bruk som beleggsammensetninger. Væskekrystallene er karakteristisk en viskøs væske og filmene blir lett ødelagt eller fjernet ved kontakt. Videre vil atmosfærestøv og andre par-tikler i luften hefte til filmen og føre til nedsettelse av farge-spredningsegenskapene. Videre er det et kritisk forhold mellom materialets renhetsgrad og evnen til å gjengi farger innenfor et bestemt temperaturområde. Adsorbsjon av visse organiske damper i meget små konsentrasjoner kan forandre dette forhold mellom farge og temperatur. I enkelte væskekrystallsammensetninger er visse be-standdeler utsatt for krystallisasjon og når dette skjer blir materi-albalansen forandret ved sone-raffinering. Dette gir filmer med ujevn farge. Alle disse faktorer begrenser den utnyttbare levetid for væskekrystallfilmer.

En betydelig forbedring som gjorde det mulig å bruke væskekrystaller i praksis fant sted når man oppdaget at væskekrystallene kunne beskyttes overfor slik nedbrytende påvirkning ved innkapsling, uten derved å nedsette belegningsevnen eller andre måter å påføre væskekrystaller på noen tidligere kjent måte. På denne måten ble den utnyttbare levetid for væskekrystallene øket i vesentlig grad uten at anvendelsesområdet ble innskrenket. En fremvisningsanordning som gjør bruk av innkapslede væskekrystaller er beskrevet i britisk patent nr. 1.138.590.

Selv om innkapsling av slike væskekrystaller i stor grad øket deres anvendelighet i praksis, viser det seg at de innkapslede væskekrystaller når de ble påført i form av et belegg med eller uten tilsetning av bindemiddel, hadde en mer utvisket fargeeffekt og nedsatt kontrast ved termisk eller elektrisk påvirkning, sammenlignet med frisk fremstilt ikke-innkapslet væskekrystallmateriale med samme sammensetning. Således hadde de innkapslede væskekrystaller minsket fargerenhet, og den dannede farge kunne ikke godt nok skilles ut fra den ikke-stimulerte bakgrunn til å være brukbar i fremvisnings-apparater. Videre fant man at fargens vinkelavhengighet var mindre med innkapslede væskekrystaller enn ikke-innkapalede krystaller med samme sammensetning. Disse problemer med nedsatt fargerenhet og kontrast avhjelpes ganske vesentlig ifølge foreliggende oppfinnelses fremvisningsanordning.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt

en visuell fremvisningsanordning med et opakt underlag, et lag om-

fattende flere kolesteriske væskekrystall-holdige mikrokapsler i et polymert bindemiddel overliggende nevnte underlag, og denne anordning er kjennetegnet ved et glatt, transparent lag i direkte kontakt med og liggende over laget av innkapslet væskekrystall-materiale, idet brytningsindekset for bindemidlet, det transparente lag og kapselveggmaterialet ligger i området fra 1,40 til 1,70, fortrinnsvis fra 1,50 til 1,54.

Den benyttede betegnelse "glatt" betyr at det midlere forhold mellom de horisontale avstander eller lengder (L) mellom toppene på ytterflaten dividert med den vertikale avstand (D) mellom nevnte daler og topper utgjør minst 4,0, dvs. jy =; 4,0+.

Det var overraskende at et slik transparent glatt yttersjikt ville forbedre farverenheten og kontrasten fra de innkapslede væskekrystaller, idet det ikke var opplagt at ved å anbringe ennå et transparent sjikt mellom væskekrystallen og betrakteren i tillegg til kapselcelleveggen og bindemidlet, ville oppnås noen slik forbedring. Selv om dette yttersjikt også gir ekstra beskyttelse for væskekrystallene ville en slik anvendelse som beskyttelsessjikt ikke være berettiget fra praktisk synspunkt fordi kapselveggen utøver denne beskyttelsesfunksjon i tilstrekkelig grad, og bruk av et yttersjikt for å holde kapselbelegget på plass ville heller ikke være berettiget, siden et bindemiddel er meget vel egnet for anbringelse og jevn fordeling av de innkapslede krystaller på underlaget. Man fant videre at fargens vinkelavhengighet fra innkapslede væskekrystaller med et slikt lyshetsforbedrende yttersjikt var større enn i apparater uten yttersjikt. Således avhjelper foreliggende oppfinnelse hovedulempene i forbindelse med innkapslede væskekrystall-fremvisningsfilmer.

Tre utførelser som illustrerer foreliggende oppfinnelse og bygger på enten et toppsjikt eller et omvendingssjikt, er vist på tegningene.

Fig. 1-3 er tverrsnitt som viser de sammensatte fremvisnings-organer i henhold til oppfinnelsen. På fig. 1 vises et opakt, f.eks. sort bakgrunnslag 1 som kan være en forhåndsfr emstilt opak film med et sort belegg, f.eks. sværte, på over- eller undersiden. Den opake film 1 har på oversiden et belegg som består av et stort antall mikrokapsler inneholder væskekrystaller 2 (eller klaser av slike kapsler) påført sammen med et polymert bindemiddel 3 som hjelper til å holde kapslene i jevn fordeling på det opake underlag. Det i det vesentlige gjennomsiktige toppsjikt 4 ligger i direkte kontakt med de innkapslede væskekrystaller over hele flaten og har en glatt ytterflate 4a som vist på fig. 1. Organet på fig. 1 kan med fordel fremstilles ved å påfore et emulsjonssjikt av innkapslede væskekrystaller og bindemiddel på underlag av papir eller plast, f.eks. et ark av polyetylenglykolterftalat som på forhånd er sortsværtet eller -malt. Etter at det innkapslede væskekrystallsjiktet har torket påfores et gjennomsiktig polymer-ytterbelegg 4 med en i det vesentlige jevn og glatt ytterflate. Mens fig. 1 og 3 viser ytterflaten 4a tilhorende toppsjiktet 4 i helt flat tilstand, vil man forstå at ytterflaten ved belegning vil få en viss bolgedannelse idet ytterlaget til en viss grad vil anta konturene fra de underliggende kapsler. Imidlertid er ytterflaten "glatt" etter den tidligere definisjon. Når ytter-sjiktet dannes ved toppbelegning kan underlaget være papir, tre eller ethvert ikke-transparent materiale som metallfolie, f.eks. aluminiumfolie eller plast som poly(tetrafluoretylen).

I systemet vist på fig. 2 er blandingen av innkapslede væskekrystaller og bindemiddel påfort som en oppslemming eller emulsjon ved belegning på et underlagsark eller lignende 4 av transparent stoff, f.eks. organisk plast som polyakrylat eller silikonpolymer, eller uorganisk materiale som f.eks. glass. Det ovre sjiktet 4 er glatt både på ytterflaten og den innadvendte flate,4a og 4b respektivt, og har i det vesentlige samme tykkelse over hele. Denne struktur kan man lett oppnå ved å bruke forhånds-fremstilte plater av f.eks. polert plateglass eller plast med i det vesentlige glatte overflater. På apparatet vist på fig. 2 er det transparente glatte yttersjikt 4 belagt ved omvending (på flaten 4b), og de innkapslede væskekrystaller og bindemidler 2-3 samt belegget blir torket omhyggelig. På denne måten blir overflaten 4b kontaktflaten mellom glass eller plast ag innkapslede væskekrystaller. Deretter belegges disse innkapslede væskekrystaller med sort eller opakt belegg 1 som medvirker til å frem-bringe fargeforandring ved innfallende lys etter termisk og/eller elektrisk påvirkning. Deretter snus denne struktur slik at man betrakter gjennom det transparente sjikt 4 som vist på fig. 2. Ytterflaten (nedre flate) hos bakgrunnssjiktet 1 kan være enten glatt eller ujevn alt etter typen, siden dette ikke har noe å gjore med den visuelle kontrast og optiske renhet for det bilde som iakt-tas gjennom det transparente glatte yttersjikt 4.

Strukturen på fig. 3 er dannet ved toppbelegning og er således lik oppbygningen på fig. 1, men inneholder dessuten en eller flere elektrisk ledende motstands-varmeelementer,5 avsatt på underlaget 1 eller i det minste anbragt slik at elementene kan termisk påvirke de innkapslede væskekrystaller 2, f.eks. ved ledning, strøm-ning eller stråling. Elektriske ledninger 6 kan forbindes med en ikke vist strømkilde. Eventuelt kan man også nedfelle en basis eller isolasjonsunderlag 7.

Man vil se at i alle tilfeller vist på tegningene er dekksjiktet og det innkapslede væskekrystallsjikt separate lag, sjiktet inneholdende væskekrystaller kan avsettes på enhver ønsket underlags-form både rettlinjet og krum, f.eks. ved stensilering, silketrykk eller gravyrvalse for trykking. Når det således sies at det glatte øvre sjikt er i direkte kontakt med de innkapslede væskekrystaller i det vesentlige i hele deres utstrekning, kan dette bety bare en del av hele overflaten til fremvisningsanordningen, dvs. bare en del av det påtrykte parti inneholdende innkapslede væskekrystaller.

Brytningsindeks for det glatte transparente toppsjikt bør

være nær opptil brytningsindeksen for det materiale som brukes til kapselcelleveggeri, og ligger også nær opptil brytningsindeksen for den polymer eller eventuelt en annen forbindelse som brukes til bindemiddel i væskekrystallsjiktet. Brytningsindeksen for toppsjikt, bindemiddel og cellevegg er som nevnt mellom- 1,40 til 1,70, fortrinnsvis mellom 1,50 til 1,54.

Når toppsjiktet er an høypolymert kunststoff kan dette velges blant et stort antall transparente naturlige og syntetiske organiske stoffer som polyolefiner av typen polyetylen, polypropylen, polybu-tener, polyestere som polyetylenglykolterftalat, akrylharpikser som f.eks. polyalkylakrylater og -metakrylater som polymetylakrylat, polyetylakrylat, polymetylmetakrylat, polybutylmetakrylat, polystyren, polyvinyliden-klorid-homo- og kopolymere som l'Saran"-materialer, nylontyper og andre polyamider, polyvinylaldehyder som f.eks. poly-vinylformaldehyd, polyvinylbutyraldehyd, kopolymere av monoolefinisk umettede monomere med vinylestere, som etylen-vinylacetat-kopolymere, cellulosepolymere som f.eks. celluloseacetat, etylcellulose-poly-karbonater, polyuretaner, silikonharpikser, polyalkylsiloksaner som polymetylsiloksan, alkydharpikser og -lakker og andre polymere og harpikser.

I visse tilfeller er det gunstig å anvende en polymer

som kan avsettes fra et organisk opplosningsmiddel som ikke er blandbart med vann, siden nærvær av vann delvis ville kunne opplose kapselcelleveggen. Ved avsetning av den glatte gjennomsiktige over-flatefilm 4, når man benytter vann eller vann-blandbart opplosningsmiddel, bor man være forsiktig slik at kapslene ikke i lengre tid utsettes for opplosningsmiddel som også virker opplbsende på kapselveggen.

Ovenfor er nevnt organiske polymere stoffer for bruk som transparent glatt dekksjikt eller toppsjikt 4, med man kan også bruke uorganiske stoffer som glass (f.eks. vanlig natronkalk-sili-siumoksydglass), alkalimetallsilikater som natriumsilikat og kalium-silikat.

I stedet for å fremstille dekksjiktet ved å belegge laget av innkapslede væskekrystaller (som vist på fig. 1 og 3) , kan man bruke ferdig fremstilte filmer, dekksjikt eller ark av organiske eller uorganiske materialer for omvendingsbelegning hvorved disse utgjor toppsjiktet 4, f.eks. som vist ved beskrivelsen av systemet på fig. 2. Dekksjiktets 4 tykkelse kan varieres betraktelig fra ca. 10 mikron til 3 mm eller mere, særlig når man bruker glassplater av polert plateglass har en tykkelse på 3 mm vært brukt med hell.

De innkapslede kolesteryl-krystaller kan bestå av et stort antall kapsler som inneholder samme eller forskjellige kolesteryl-væsker og kan påfbres i ett eller flere sjikt på valgte deler av underlaget. Egnede kolesteryl-krystaller som oppviser fargeforandring ved temperaturforandring omfatter kolesterylklorid, koleste-rylbromid, kolesteryljodid, kolesterylcinnamat, kolesterylnonanoat, kolesterylbenzoat, oleyfkolesterylkarbonat, kolesteryl-p-klorbenzoat og blandinger av disse.

Det flytende krystallmateriale kan innkapsles på en hvil-ken som helst gunstig innkapslingsmåte som danner kapsler med onsket storrelse. Kapseldiameteren kan ligge mellom ca. 2 og 1000 mikron, men vanligvis ligger kapseldiametrene mellom ca. 5 og 500 mikron og helst mellom 20 og 25 mikron. Kapsler fremstilt ifb^ge kjente frem-gangsmåter kan inneholde fra ca. 50 til 99 vektprosent, og vanligvis mellom 70 og 95 vektprosent væskekrystallinsk materiale.

Man kan bruke mange forskjellige innkapslingsstoffer for innkapsling av kolesteryl-væskekrystallene. Vanligvis er det materiale som brukes til innkapsling et av de nedenstående eller en kom-binasjon av disse, et gelatin-gummi arabicum-system, et system på basis av polyvinylalkohol, på zein, eller basert på fenolplast-eller aminoplast-kondensater, f.eks. resorcinol-formaldehyd- eller urea-formaldehyd-systemer.

Man kan også bruke et fargestoff for å farge kapselveggen. Kapselvegger farget på denne måten virker ikke bare som beholdere for væskekrystaller, men også som fargefiltre for det lys som går til og fra de innkapslede kolesteryl-væskekrystaller. Kapselveggene kan farges med ethvert stoff som vil farge gelatin-gummi arabicum eller andre celleveggstoffer. Et slikt regulert system vil være nyttig ved fremvisningsanordninger hvor det bredspektrede lyset fra de innkapslede kolesteryl-krystaller er uheldig for visse formål .

Forskjellige naturlige og syntetiske polymere kan brukes

som polymert bindemiddel i forbindelse med de innkapslede kolesteryl-væskekrystaller. Således alle transparente eller i det vesentlige transparente polymere med en brytningsindeks innenfor det foretrukne område nevnt tidligere. Egnede polymere omfatter følgende: akryl-alter, polyalkylakrylater og -metakrylater, f.eks. polymetylakrylat, polyetylakrylat, polymetylmetakrylat etc, polyvinylalkohol, gelatin, lateks (latekser av naturlig gummi og syntetisk gummi), zein, polyetylen-homo- og -kopolymere, homo- og kopolymere av polypropylen og alle de stoffer som tidligere er nevnt som egnet for dekksjiktmateri-aler. De innkapslede kolesterylvæske-krystaller kan forbindes omhyggelig med polymerbindemidlet på forskjellige måter. F.eks. kan kapslene avsettes på en polymerfilm, f.eks. som et belegg ved sprøy-ting fra dispersjon eller emulsjon av innkapslede væskekrystaller i bindemidlet.

De fordeler som oppnås når det gjelder fargerenhet (optisk spektralrenhet) og kontrast i henhold til foreliggende oppfinnelse fremgår klart av de nedenstående detaljerte eksempler. Alle mengdeforhold er på vektbasis hvor intet annet er angitt.

Eksempel 1

Fordelene som oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse illustreres ved å fremstille to sammenlignbare" typiske former for fremvisningsanordninger. I den ene benyttes et transparent toppsjikt med glatt overflate i henhold til foreliggende oppfinnelse, mens den andre ikke inneholder noe slikt toppsjikt. Begge former for fremvisningsanordninger benytter samme motstandselementer for oppvarming og ble drevet på samme måten som termiskvirkende fremvisningsanordninger.

En væskekrystallblanding av 70 vektprosent kolesterylnonanoat, 25 vektprosent kolesterylklorid og 5 vektprosent kolesterylcinnamat ble fremstilt og innkapslet som folger: til en vandig opplosning av 1 vektdel syreekstrahert svinehudsgelatin med en hinnestyrke (Bloom strength) på 285 til 305 gram og isoelek-trisk punkt pH 8 til 9, i 12,1 vektdeler destillert vann ved 55°C fylte man 13,7 vektdeler av nevnte væskekrystallblanding. Væske-krystallsmelten ble omrort med en skjærkraft-rorer inntil man opp-nådde en partikkelstorrelse på 15 til 30 mikron. Mens roringen pågikk fremstilte man en vandig opplosning av 1 vektdel gummi arabicum i 95,6 vektdeler destillert vann i en atskilt beholder som holdt 55°C. Når den onskede partikkelstorrelse var oppnådd,<v>satte man geletin-væskekrystallemulsjonen langsomt til gummi arabicum-opplosningen. pH ble regulert til 4,85 og omhyllingsfasen avkjolt til 27°C i lopet av 2 timer og 1 kvarter. Kapslene ble avkjolt til under 15°C og herdet med 0,5 vektdeler 25 vektprosentig vandig opplosning av glutaraldehyd fra 12 til 15 timer. Den resulterende kapseloppslemming ble deretter konsentrert ved dekantering av vann-overskuddet.

Etter avsluttet innkapsling og konsentrering av oppslem-mingen ble ca. 1 volumdel 10 vektprosentig opplosning av polyvinylalkohol i vann brukt som bindemiddel i beleggblandingen som inne-holdt de innkapslede kolesteryl-væskekrystaller. Ovenstående emul-sjonsbelegg ble derpå nedfelt på to glassplater som på forhånd var forsynt med tynne filmformede motstandselementer av tantal som var overstroket med sort maling ("Krylon" sort lakk) spm ble torket for påforing av væskekrystallkapslene. Etter torking av de innkapslede væskekrystaller påforte man et gjennomsiktig toppsjikt inneholdende en opplosning av 10 vektprosent "Acryloid-B-72" opplost i benzen som ble helt ut over kapselbelegget på en av glassplatene og dannet det i det vesentlige glatte og gjennomsiktige toppsjikt. "Acryloid-B-72" er en metakrylsyreester-kopolymer karakterisert ved en visko-sitet på 480 til 640 centipois i 40 #ig opplosning i toluen ved

30°C. Belegget ble nedfelt til en våttykkelse på ca. 0,25 mm ved vanlig avstrykerteknikk. Polymer-dekksjiktet torket til en klar og i det vesentlige glatt transparent film.

Ved drift ble motstandselementene oppvarmet med elektrisk strom med 20 volts spenning, og de områder av det innkapslede væske-krystallsj ikt som befant seg over motstandselementene ble oppvarmet" til isotrop tilstand som er gjennomsiktig. På dette punkt blir den sorte underlagsmaling synlig og gir et sort bilde på grdnnfarget underlag.

Man målte deretter refleksjonen fra begge fremvisningsanordninger ved en innfallsvinkel på 45° idet man målte normalt til væskekrystall-filmoverflaten. Man benyttet en hvit magnesiumkar-bonatblokk som sammenligning. Tabellen nedenfor angir den målte verdi og forsbket ble gjennomfbrt under samme forhold for begge prover.

Mens det transparente glatte polymer-toppsjikt har liten virkning på refleksjonsmaksimum i farget tilstand får man en tyde-lig og godt synlig forbedring i kontrastforholdet. Denne forbedring tror man skyldes at ubnsket lysspredning fra kapselveggene er fjernet. En mindre refleksjonsbånd-bredde forer til stbrre spektralrenhet og fargekontrast og bedre opplbsningsevne.

Eksempel 2

En væskekrystall-blanding inneholdende 80 vektprosent kolesterylpelargonat, 15 vektprosent kolesterylklorid og 5 vektprosent oleylkolesterylkarbonat ble innkapslet med de samme stoffer og på samme måten som angitt i eksempel 1.

Den innkapslede væskekrystalloppslemming ble påfbrt på overflaten av et ark polyetylenglykolterftalat (som kan ha en tykkelse fra ca. 0,01 til 0,5 mm). De innkapslede væskekrystaller ble belagt jevnt på den transparente platens overflate som en vandig dispersjon eller oppslemming inneholdende 32 vektprosent innkapslede væskekrystaller, 64,2 vektprosent vann og 3,8 vektprosent

av en blanding av polyvinylalkohol og polyvinylacetat. Beleggvek-ten var 21 - 24 g/m<2.> Dette tilsvarer en midlere tykkelse for krystallsjiktet på 35 til 60 mikron.

Belegningen ble utfort ved silketrykkteknikk på fblgende måte: Arket som skulle trykkbelegges ble anbragt på et flatt underlag. En nylonduk hvorpå man hadde festet en stensillert vinylfilm på undersiden på bnskede steder for å oppnå den onskede trykk-tegning, anbragt på en furutresramme, ble lagt på underlaget. Kapselmasse ble helt ut overst langs den ene rammekant. En ut-strykningslist av neoprengummi ble brukt for å trekke kapselmassen over silketrykkduken idet man samtidig presset massen gjennom dukens åpninger. Deretter ble duken loftet av fra underlaget<1> og kapselmassen ble tilbake som onsket monster på det transparente ark.

Etter at kapselmassen hadde torket gjentok man fremgangs-måten med en 4,4 vektprosentig trykksværte som nodvendig bakgrunn for de innkapslede væskekrystaller påfort arket. Etter torking av det sorte opake bakgrunnssjikt ble den innkapslede væskekrystall-anordning omsnudd slik at betrakteren kunne iaktta fargeforandring-ene i væskekrystallsjiktet som svar på temperaturforandring (eller ekvivalente former for energi som forer til fargeforandring) ved innfallende lys gjennom det transparente toppsjikt. Det transparente sjikt som til å begynne med tjente som underlag for avleir-ing av de innkapslede væskekrystaller tjener nå som et ovre dekksjikt som forbedrer lysnet og spektral renhet samt fargeintensitet.

For den spesielle væskekrystallsammensetning som ble benyttet i dette eksempel vil oppvarming av de innkapslede væskekrystaller til en temperatur<1> på 30 - 31°C medfore rodfåring når sjiktet betraktes ved belysning fra hvitt lys i innfallsvinker fra 0 til 90° og betraktet i omtrent 90° vinkel fra det horisontalt an-bragte væskekrystallsjikt.

Selv om man ovenfor har beskrevet spesielle sammenset-ninger av væskekrystaller og beleggsammensetninger, kan anordninger og apparater i henhold til oppfinnelsen avpasses de onskede formål ved å forandre de nedenstående variable: (a) væskekrystalleneB . temperaturavhengighet, (b) væskekrystallkjernens storrelse, (c) kap-selcelleveggens type og tykkelse, (d) den spesielle sammensetning av væskekrystallene.

Claims (1)

1. Visuell fremvisningsanordning med et opakt underlag, et lag omfattende flere kolesteriske væskekrystall-holdige mikrokapsler i et polymert bindemiddel overliggende nevnte underlag, karakterisert ved et glatt, transparent lag i direkte kontakt med og liggende over laget av innkapslet væskekrystallmateriale, idet brytningsindekset for bindemidlet, det transparente lag og kapselveggmaterialet ligger i området fra 1,40 til 1,70, fortrinnsvis fra 1,50 til 1,54.