JPH0381626A - 液晶シート温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、強誘電性高分子液晶を用いた液晶温度センサ
に関する。

［従来の技術］ 液晶はカラーテレビ、各種機器のデイスプレィなどたけ
てなく、各種分野において種々のデバイスとして用いら
れている。そのうちの一つに、液晶を感温デバイスとし
て用いることか種々研究されている。

従来、液晶す感温デバイスとして用いたものとして、特
開昭４９−３１３８６号、同５０−１３０４８３号ある
いは同５０−２８３８２号公報などに示すものがある。

このうち、特開昭４９−３１３８６号公報には主にコレ
ステリック液晶を用いることにより、その特性反射の温
度変化に対する色の変化を利用した温度計が開示しであ
る。また、特開昭５０−１３０４８３号公報には、感熱
液晶（感熱フィルム）を用いることによって平面的（二
次元的）な温度分布を測定する技術が開示されている。

さらに、特開昭５０−２８３８２号公報には、ネマティ
ック液晶体を用い、低温側動作限界を温度基準として温
度を測定するようにした技術か開示されている。

［解決すべき問題点］ 上述従来技術のうち、特開昭４９−３１３８６号及び同
５０−１３０４８３号公報に記載のものは、いずれも、
色の変化によって温度変化を測定しようとするものであ
って、定量性に欠は正確な温度測定を行なうことができ
ないという問題がある。

また、特開昭５０−２８：１８２号公報に記載のものは
、液晶の色変化以外の性質を利用しているので、正確さ
の点では問題がないものの、ネマティック液晶を用いて
いるために応答性が悪く、しかも大面積の二次元温度計
として用いることはできなかった。

本発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、強
誘電性高分子液晶を用いることにより。

定量的かつ二次元温度分布の測定可能な液晶シート温度
計の提供を目的とする。

［問題点の解決手段］ 強誘電性高分子液晶素子からなる感温手段と、この感温
手段に電圧を印加する電圧印加手段と、上記電圧印加に
より上記感温手段に流れる電流変化測定手段と、この電
流変化から液晶４′）応答速度を求め、かつこの応答速
度から温度を算出する温度算出手段とを具備した構成と
し、好ましくは上記感温手段の強誘電性高分子液晶素子
を平面的に形成し、かつ電極をマトリクス状に配設した
構成としである。

［作用］ このような構成の液晶シート温度計によれば矩形波ある
いは三角波状の電圧を印加し１強誘電相での双極子（自
発分極）の反転する応答時間を分極反転電流のピークか
ら測定し、さらに温度と応答時間のデータを用いること
により、応答性よく正確な温度を求めることかできる。

［実施例］ 以下、本発明液晶シート温度計の一実施例を図面にもと
づいて説明する。

第１図は実施例温度計の全体構成を示すブロック図、第
２図は感温手段の一部拡大断面図を示す。

第１図において、１０は感温手段であり、強誘電性高分
子液晶層１１の再−側を、電極１４を備えた基板１２及
び電極１５を備えた基板１３により挾持している。

東益贋 液晶層１１には、高分子液晶を含む１次のような強誘電
性液晶材料を用いる。

また、強誘電性液晶材料としては、高分子液晶（液晶ポ
リマー）を含む強誘電性の液晶状態をとるものであれば
全てのものを使用することができ、強誘電性液晶ポリマ
ー、またはこれと強誘電性低分子液晶化合物の混合物な
どがある。

強誘電性液晶ポリマーには５例えば、アクリレート主鎖
系液晶ポリマー、メタクリレート主鎖系液晶ポリマー、
クロロアクリレート主鎖系液晶ポリマー、オキシラン主
鎖系液晶ポリマー、シロキサン主鎖系液晶ポリマー、エ
ステル主鎖系液晶ポリマーなどが含まれる。

アクリレート主鎖系液晶ポリマーの繰り返し単位として
は１例えば、 （Ａ） （Ｂ） などか挙げられる。

メタクリレート主鎖系液晶ポリマーの繰り返し単位とし
ては、 例えば、 （Ｃ） （Ｄ） ＣＩ。

などが挙げられる。

クロロアクリレート主鎖系液晶ポリマーの繰り返し単位
としては、 例えば、 （Ｅ） （Ｊ’ などか挙げられる。

オキシラン主鎖系液晶ポリマーの繰り返し単位としては
、 例えば、 （Ｆ） などが挙げられる。

シロキサン主鎖系液晶ポリマーの繰り返し単位としては
、 例えば、 （Ｇ） Ｃｕ２ などか挙げられる。

エステル主鎖系液晶ポリマーの繰り返し単位としては、 例えば、 （Ｈ） （Ｉ） （Ｊ） などが挙げられる。

なお、上記の強誘電性液晶ポリマーの繰り返し単位の中
の側鎖の骨格は、それぞれにビフェニル骨格、フェニル
ベンゾエート骨格、ビフェニルベンゾエート骨格、フェ
ニル４−フェニルベンゾエート骨格で置き換えられても
よく、これらの骨格中のベンゼン環が、ピリミジン環、
ピリジン環、ピリダジン環、ピラジン環、テトラジン環
。

シクロヘキサン環、ジオキサン環、ジオキサボリナン環
で置き換えられてもよく、フッ素、塩素などのハロゲン
基あるいはシアノ基で置換されてもよく、ｌ−メチルア
ルキル基、２−フルオロアルキル基、２−クロロアルキ
ル基、２−クロロ−３−メチルアルキル基、２−トリフ
ルオロメチルアルキル基、ｌ−アルコキシカルボニルチ
ル基、２−アルコキシ−１−メチルエチル基、２−アル
コキシプロピル基、２−クロロ−１−メチルアルキル基
、２−アルコキシカルボニル−１−トリフルオロメチル
プロピル基などの光学活性基あるいはエステル結合、エ
ーテル結合を介してこれらの光学活性基て置き換えられ
てもよく１またスペーサの長さは、メチレン鎖長が１〜
３０の範囲で変化してもよい。

また、上記強誘電性液晶ポリマーは数平均分子量が１，
０００〜２００．０００のものが使用できる。

強誘電性低分子液晶化合物としては、例えばシッフ塩基
系強誘電性低分子液晶化合物、アゾ及びアゾキシ系強誘
電性低分子液晶化合物、ビフェニル及びアロマティック
スエステル系強誘電性低分子液晶化合物、ハロゲン、シ
アノ基等の環置換基を導入した強誘電性低分子液晶化合
物、複素環を有する強誘電性低分子液晶化合物などが挙
げられる。

シップ塩基系誘電性低分子液晶化合物としては、例えば
、次に示す化合物（１）〜（４）が挙げられる。

（１） ｎｌＩ５〜１０，１２．１４ （２） ｎ＝７　へ１０．１１ （３〉 ｎ＝７．８．１４ （４） ｎｍ４，８．１２ アゾ及アゾキシ系強誘電性低分子液晶化合物としては１
例えば次に示す（５）、（６）が挙げられる。

（５） （６） ｎ雪１６ ビフェニル及びアロマティックスエステル系強誘電性低
分子液晶化合物としては、例えば、次に示す化合物（７
）、（８）が挙げられる。

（７） （８） ｎ＝８ ハロゲン、シアノ基等の環置換基を導入した強誘電性低
分子液晶化合物としては、例えば、次に示す化合物（９
）〜（１１）か挙げられる。

（９） ｎ−５，８，１０ （１０） ｒ＋１１８ （ｌ　１） ｎ＝４．５ 複素環を有する強誘電性低分子液晶化合物としては、例
えば、次に示す化合物（１２）（１３）か挙げられる。

（１２〉 （１３） ｎ＝６．８．１１ なお、前記化合物は１強誘電性低分子液晶化合物の代表
的な化合物であり、本発明の強誘電性低分子液晶化合、
物はなんら、これらの４Ｉｉ造式に限定されるものでは
ない。

これらの強誘電性液晶材料は、１種単独で用いてもよく
、２種以上を用いてもよい。また必要に応じ、他の重合
体、例えばハロゲン化ビニル重合体、不飽和アルコール
もしくはエーテルの重合体、不飽和カルボン酸の重合体
等の熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル
等の架橋性樹脂を加えてもよく、更には接着剤としてエ
ポキシ系接着剤、アクリル系接着剤等を加えてもよく、
この他、可塑剤、色素等を加えてもよい。

上記液晶層１１の厚みは１へ１００　ＪＬ１１程度、好
ましくは２〜２０ＪＬ１１程度とする。液晶層１１をあ
まり厚くすると、高電圧を印加しなければならず、実用
性に欠けることになる。

基型 本発明における基板１２．１３としては、公知のものな
ど各種のものを使用することかてきる。

具体的には、例えば、通常のガラス、バイコールガラス
、石英もしくは石英ガラス等の特殊ガラスなどのガラス
、フッ化カルシウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム、
アルミナなどの様々なセラミック、金属などの無機物系
の基板、各種のプラスチック、ゴム、紙などの有機物系
の基板、複合材料系の基板などを挙げることができる。

これらの中でも、経済性、汎用性、加工性などの点から
、熱可塑性樹脂などのプラスチック又はガラスが好まし
く、屈曲性に特に優れ、大面積化か著しく容易であり、
連続生産が特に容易であるなどの点から可撓性を有する
熱可塑性樹脂などの可撓性プラスチックが特に好ましい
。

前記熱可塑性樹脂としては、各種のものを使用すること
かできるか、中ても特に、例えばポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）　、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）
　、ポリカーボネート（ｐｃ）などの可撓性、強度、耐
熱性、耐久性などに優れたものが好適に使用することか
できる。

基板１２．１３の厚さはｌｏｇ−〜数■程度とする。

並３ 電極１４．１５は、それぞれの基板１２゜１３の内側、
すなわち液晶層１１と各基板１２゜１３の間にそれぞれ
位置するよう設けである。この電極１４．１５の材料と
してはＡＩ、Ａｕ、Ａｇなどの金属！１［膜（または蒸
着膜）、導電性酸化物膜あるいは導電性有機物膜などを
用いる。これら電極１４．１５は、必ずしも透明電極で
ある必要はない。

また、感温手段１０を平面状にして、平面内における任
意の位置の温度を知るためには、液晶層ｔｉの両側に設
ける電極１４．１５を、第３図に示すように多数の電極
線を集めたストライプ状電極１４．１５とし、かつこれ
ら電極１４．１５を液晶ｆｉｌｌを挾むようにしてマト
リックス状に交差させて配設する。

第１図において、２０は電圧印加手段であり、上記スト
ライプ状電極１４．１５の任意の電極線に矩形波あるい
は三角波等の電圧を周期的に印加する。

３０は電流変化測定手段であり、感温手段ｌＯの電極１
４．１５に電圧を印加したときの液晶層１１に流れる電
流の変化を測定する。すなわち、液晶セルに、極性が周
期的に反転する矩形波や三角波のような外部電界を印加
すると、この合部電界に応じて液晶分子の双極子（自発
分極）が反転し液晶セルに分極反転電流が流れるので、
これを測定する。

例えば、第４図（ａ）に示すような矩形波電圧を液晶セ
ルに印加すると、第４図（ｂ）に示すような分極反転電
流か流れるので、電流変化測定手段３０ては、このとき
電流変化を測定する。

４０は、処理部であり、電圧印加制御手段４１と温度算
出手段４２、データ記憶手段４３及び出力とを有してい
る。

このうち、電圧印加制御手段４１は、電極１４．１５の
どの電極線にどのような電圧を印加するか′を決定し、
電圧印加手段２０を制御する。

温度算出手段４２は、電流変化測定手段３０て測定した
電流変化より、液晶セルの応答速度を表わす、電界反転
からピークまでの時間ｔ■あるいはピークの半価幅ｔｗ
を求める（第４図（ｂ）参照）。

データ記憶手段４３は−、第４図−（ｃ）に示すように
、応答速度と温度の関係を予め求め、この関係を特性デ
ータとして記憶しである。なお、上記分極反転電流のピ
ークは液晶の強誘電相のみで現われるのて、強誘電相の
温度範囲のみて使用可能となる。

４４は処理部４０における各種データを表示あるいは出
力するデイスプレィあるいはプリンタ等の表示、出力手
段である。

このような構成からなる液晶シート温度計によれば大面
積のシート状温度計を容易に得ることが可能となる。

次に、上記実施例液晶シート温度計を用いである場所の
温度を測定する場合について説明する。

制御手段４１から電圧印加手段２０に、シート状の感温
手段１０の特定の位置に電圧を印加するよう指令を行な
うと、電圧印加手段２０はこの指令にもとづいて、？ｌ
ｔ極１４，１５の特定の位置に対応する電極線に、矩形
波等（第４図（ａ〉）を印加する。

電圧印加手段２０−から矩形波等の電圧か印加されると
、電圧の印加された部分の液晶セルにおける液晶分子の
双極子が、電圧極性の変化にともなって反転し、当該液
晶セルに分極反転電流か流れる（第４図（ｂ））、電流
変化測定手段３０は、このときの分極反転電流を測定し
、処理部４０の算出部４２へ送る。

算出部４２では、電流変化手段３０から送られてきた電
流変化により液晶セルの応答速度ｔｍあるいはｔｗを求
め、かつデータ記憶手段４３に予め記憶しである強誘電
高分子液晶の応答速度−温度の特性データより、応答速
度ｔｍあるいはｔｗに対応する温度を求める。

上述のように、ストライブ状の電極１４゜１５を、液晶
層を挾むようにしてマトリックス状に配置しであるので
、順次平面上でセグメントを選択することにより、平面
的（二次元的）な温度分布を知ることができる。

このようにして求めた温度データ、あるいはその他の各
種データはデイスプレィ４４に表示されある。いはプリ
ンタ４４によって出力される。

なお、この液晶シート温度計は、テレビなどの発熱体の
表面温度分相、特殊な部屋の壁などの温度分布を測定す
る場合などに使用する。また、可撓性を有する基板にお
いては、曲面部分の温度分布を測定することも可能であ
る。

この液晶シート温度計によれば、使用する液晶の種類を
交換することにより、−２０〜１５０°Ｃの範囲での温
度測定か可能である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の液晶シート温度計によれば、二
次元的な温度の測定を応答性よく正確に行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明液晶シート温度計の一実施例のブロック
構成図、第２図は感温手段の一部拡大断面図、第３図は
電極の配置状態説明図、第４図（ａ）は印加電圧波形図
、第４図（ｂ）は分極反転電流の波形図、第４図（ｃ）
は応答速度と温度の関係を示す特性図である。 １０：感温手段　　　ｌｌ：液晶層 １２゜ １３：基板 １４゜ １５、電極 ２０：電圧印加手段 ３０：電流変化測定手段 ４０：処理部 ４２：算出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性高分子液晶素子からなる感温手段と、こ
   の感温手段に電圧を印加する電圧印加手段と、上記電圧
   印加により上記感温手段に流れる電流変化測定手段と、
   この電流変化から液晶の応答速度を求め、かつこの応答
   速度から温度を算出する温度算出手段とを具備したこと
   を特徴とする液晶シート温度計。
2. （２）感温手段の強誘電性高分子液晶素子を平面的に形
   成し、かつ電極をマトリクス状に配設したことを特徴と
   する請求項１記載の液晶シート温度計。