JP5227732B2 - 液晶温度センサー - Google Patents
液晶温度センサー Download PDFInfo
- Publication number
- JP5227732B2 JP5227732B2 JP2008263988A JP2008263988A JP5227732B2 JP 5227732 B2 JP5227732 B2 JP 5227732B2 JP 2008263988 A JP2008263988 A JP 2008263988A JP 2008263988 A JP2008263988 A JP 2008263988A JP 5227732 B2 JP5227732 B2 JP 5227732B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- temperature sensor
- series
- temperature
- pixel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 141
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 11
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 239000004988 Nematic liquid crystal Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 208000011823 Juvenile amyotrophic lateral sclerosis Diseases 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000003098 cholesteric effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Description
しかしながら、特許文献1では、液晶材料を独立した測温手段として用いる構成が開示されているに過ぎなかった。
このようにヒーターおよび温度センサーを備えた液晶表示素子のシステムとしては、例えば、液晶表示素子にヒーターおよび温度センサーを統合することにより、液晶の近傍に温度センサーを配置することを可能にした構成が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
また、液晶材料の誘電率異方性の温度依存性に関する理論が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。この理論によれば、ネマチック相−等方性液体相転移において、誘電率異方性値が鋭い変化を示すことが開示されているが、この特性を具体的にどのような用途に応用することが有効であるかについては明らかではなかった。
また、Δαは、分極率異方性を表し、下記の式(2)より算出される。
また、上記の理論式(1)中、Nは単位体積当たりの分子数を表し、下記の式(3)より算出される。
また、上記の理論式(1)中、hは分極性球体における内部空洞場係数(the internal cavity field factor)を表し、下記の式(5)より算出される。
また、上記の理論式(1)中、Fは反応場係数(reaction field factor)を表し、下記の式(6)より算出される。
また、上記の式(6)中、fは下記の式(8)より算出される。
一方、複数の液晶化合物を含む液晶組成物の場合、ネマチック相−等方性液体相転移は緩やかとなる。このような特性は、液晶自体の温度変化を誘電率異方性値の変化として取り出せる理論を示唆するものであるが、その具体的な方法は明らかではない。
また、本発明の液晶温度センサーは、液晶表示素子の液晶内部の温度を直接測定できるので、液晶表示素子の温度変化による表示の変化を制御する用途、外気温の変化を測定する用途などに有用である。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
本発明は、従来の液晶表示素子では、別途設けられていた温度センサーとは異なって、液晶表示素子と一体化された液晶を用いた液晶温度センサーを提供するものである。
この液晶温度センサーは、例えば、表面に電極が設けられた対向した一対の基板と、この一対の基板に挟持された液晶および4個の画素と、を備えたものである。
また、4個の画素のうち2個の画素の電極が直列に接続されて2組の直列セットが形成され、この2組の直列セットが並列に接続されて1個のセンサユニットを構成している。
また、2組の直列セットのそれぞれにおいて、一方の画素が水平配向され、他方の画素が垂直配向されている。
また、センサユニットにおいて、一方の直列セットの水平配向された画素と他方の直列セットの水平配向された画素を結ぶ線と、一方の直列セットの垂直配向された画素と他方の直列セットの垂直配向された画素を結ぶ線とが交差するように、2組の直列セットが配置されている。
さらに、センサユニットを構成する2組の直列セットのそれぞれにおいて、2つの画素(水平配向された画素、垂直配向された画素)が直列接続された中点に温度変化の差信号を取り出す出力部が設けられている。
本発明の液晶温度センサーでは、入力信号としては、交流電圧または短パルスが用いられ、短パルスとしては単発のパルスが好適に用いられる。
そして、この液晶温度センサーは、上記の直列セットの両端に交流電圧または短パルスを印加するように構成されている。
入力信号の振幅が閾値電圧よりも小さい場合、パルスの持続時間は任意でよいが、入力信号の振幅が閾値電圧よりも大きい場合には、パルスの持続時間は入力パルス波スイッチング時間より短い必要がある。また、入力信号のパルス幅が短い(t<100秒)場合、応答パルス(出力信号)の振幅は、印加パルス(インプット信号)の振幅に比例する。
本発明の液晶温度センサーでは、各画素の大きさが均しい場合、4つの画素の静電容量が均しい。
ここで、図1に示す等価回路において、例えば、水平配向された画素をC1およびC4とし、垂直配向された画素をC2およびC3とした場合、液晶温度センサーの電気的な応答は下記の式(10)により容易に算出できる。また、下記の式(10)から分かるように、出力電圧VOUTは、入力電圧VINに比例するとともに、画素の誘電率に依存する。
また、各画素の静電容量は、下記の式(12)、(13)により表され、水平配向された画素では、液晶分子の短軸方向の誘電率を示すため、下記の式(12)のような関係が成り立つ。
このように、各画素の静電容量は、温度に依存し、水平配向された画素と垂直配向された画素とは、温度変化による挙動が異なるので、温度変化を出力電圧の変化として取り出すことが可能となる。
本発明の液晶温度センサーの第一の例は、2組の直列セットのそれぞれにおいて、2つの画素が直列接続された中点に設けられた出力部から取り出した温度変化の差信号を、液晶の透明点以下の温度にて、前記液晶の誘電率異方性の温度変化に比例する出力信号の変化として取り出すようにした構成である。
この場合、温度変化の表示方法としては、電圧変化を直接表示する方法、電圧変化をA/Dコンバータ(アナログ−デジタル変換回路)によりデジタル変換した後、表示する方法などが用いられる。このデジタル変換された温度のデータは、液晶表示素子の温度制御を行うための数値として用いてもよい。
また、連続的に温度変化を測定する場合、使用する液晶組成物の透明点は高い方が好ましい。このようにすれば、より広い範囲において温度の測定が可能となり、特に、ネマチック相の下限温度は低い方が、より広い範囲において温度の測定が可能となる。
本発明の液晶温度センサーの第二の例は、2組の直列セットのそれぞれにおいて、2つの画素が直列接続された中点に設けられた出力部から取り出した温度変化の差信号を信号処理することにより、液晶の透明点を閾値として、液晶の透明点以下の温度にて1をデジタル出力し、液晶の透明点を超える温度にて0をデジタル出力するようにした構成である。
液晶の透明点は一定であるため、液晶温度センサーの第二の例は、論理回路における基準温度を提供できる。また、入力パルスのレベルに応じた選択を行うことにより、C−MOS、TTLなどの様々な種類の論理素子を用いることが可能である。また、液晶温度センサーの第二の例は、一般的なデジタル回路に用いる場合と同様に、高速またはテストパルスの継続時間が非常に短い場合においても動作する。
図2は、本発明の液晶温度センサーの一実施形態を示す概略平面図である。
この実施形態の液晶温度センサー10は、2×2のマトリクス液晶素子であり、対向した一対の第一の基板11および第二の基板12と、これら第一の基板11と第二の基板12に挟持された液晶(図示略)および4個の画素21,22,23,24とから概略構成されている。
第一の基板11の一方の面11aには、2つの電極13,13が並列して設けられている。また、第二の基板12の一方の面には、2つの電極14,14が並列して設けられている。
また、画素21の電極と画素22の電極が直列に接続されて第一の直列セット25を形成し、画素23の電極と画素24の電極が直列に接続されて第二の直列セット26を形成している。
さらに、第一の直列セット25と第二の直列セット26が並列に接続されて、第一の直列セット25と第二の直列セット26が、液晶温度センサーの基本構造である1個のセンサユニットを構成している。
例えば、画素21が水平配向されている場合、画素22は垂直配向され、画素23は垂直配向され、画素24は水平配向されている。
すなわち、水平配向された画素21と水平配向された画素24とを結ぶ線と、垂直配向された画素22と垂直配向された画素23とを結ぶ線とが公差するように、第一の直列セット25と第二の直列セット26が配置されている。
印刷法としては、水平配向用配向膜上に、垂直配向膜を画素に合わせて印刷することが好ましく、具体的には、連続的に配置された水平配向用ポリイミド膜上に、垂直配向用ポリイミド膜を印刷する技術を用いることが好ましい。
光配向を用いる方法としては、マスクによりパターン化した光を照射する方法が好ましい。
また、液晶温度センサーを構成する画素としては、液晶表示素子用の画素を用いることもできるが、液晶表示素子用の画素とは別に画素を設けてもよい。
なお、大型の液晶表示素子は、数百万個の画素を有することが多いため、液晶温度センサーを構成する4つの画素を増加しても製造コストはほとんど増加しない。
水平配向された画素としては、ポリイミドPIA3744(LIXON(登録商標)、チッソ社製)を用い、垂直配向された画素としては、垂直配向用ポリイミドJALS−2021(JSR社製)を用いた。
以下のような工程を経て、配向膜が設けられたガラス基板を作製した。
長手方向に沿ってラビング処理が施されたガラス基板の一方の面の全面に、ポリイミドPIA3744をスピンコートし、このガラス基板を100℃にて5分間乾燥した。
その後、ガラス基板の一方の面における所定の領域にのみ、選択的に垂直配向用ポリイミドJALS−2021を印刷し、このガラス基板を180℃にて1時間焼成して配向膜を形成し、その一方の面に配向膜が設けられたガラス基板を作製した。
このようにして作製された配向膜付きのガラス基板を二枚用い、この二枚のガラス基板を、厚みが5μmのスペーサーを介して対向させた。
次いで、対向させた二枚のガラス基板の間に液晶組成物を充填し、充填した液晶組成物が異なる三種類の液晶温度センサーを作製した。
液晶組成物としては、5CB、E7およびMLC5700−000(全てMerck社製)を用いた。これらの液晶組成物は、それぞれ異なったネマチック相−等方性液体相転移温度を有する。
作製した液晶温度センサーについて、図1に示すような等価回路にて、一定振幅を有する入力信号を印加した場合の出力電圧の温度依存性を測定した。
液晶組成物として5CBを用いた場合を実施例1、液晶組成物としてE7を用いた場合を実施例2、液晶組成物としてMLC5700−000を用いた場合を実施例3とした。
三種類の液晶温度センサーの出力電圧(応答信号)の温度依存性を測定した結果を図3に示す。
図3の結果から明らかなように、液晶組成物として5CBを用いた実施例1の場合、20〜30℃の範囲にて温度変化に比例した出力信号を得ることができた。
また、液晶組成物としてE7を用いた実施例2の場合、20〜50℃の範囲にて温度変化に比例した出力信号を得ることができた。
また、液晶組成物としてMLC5700−000を用いた実施例3の場合、20〜80℃の広い範囲にて温度変化に比例した出力信号を得ることができた。
作製した液晶温度センサーに対して、論理回路を付加した。
晶組成物として5CBを用いた場合を実施例4、液晶組成物としてE7を用いた場合を実施例5、液晶組成物としてMLC5700−000を用いた場合を実施例6とした。
これらの液晶温度センサーについて、応答信号の変化を論理回路で処理した。その結果を表1に示す。
なお、この場合の論理回路の閾値は、図3に示す通りである。
11 第一の基板
12 第二の基板
13 電極
14 電極
21 画素
22 画素
23 画素
24 画素
25 第一の直列セット
26 第二の直列セット
Claims (8)
- 少なくとも4個の画素を有する液晶温度センサーであって、
前記画素のうち2個の画素の電極が直列に接続されて2組の直列セットが形成され、この2組の直列セットが並列に接続されて1個のセンサユニットを構成し、
前記2組の直列セットのそれぞれにおいて、一方の画素が水平配向され、他方の画素が垂直配向されており、
前記センサユニットにおいて、一方の直列セットの水平配向された画素と他方の直列セットの水平配向された画素を結ぶ線と、一方の直列セットの垂直配向された画素と他方の直列セットの垂直配向された画素を結ぶ線とが交差するように、前記2組の直列セットが配置され、
前記センサユニットを構成する2組の直列セットのそれぞれにおいて、2つの画素が直列接続された中点に出力部が設けられ、2つの出力部の電位差信号として出力されることを特徴とする液晶温度センサー。 - 前記水平配向された画素および前記垂直配向された画素は光配向膜からなる請求項1に記載の液晶温度センサー。
- 前記直列セットの両端に交流電圧を印加するようにした請求項1に記載の液晶温度センサー。
- 前記直列セットの両端に短パルスを印加するようにした請求項1に記載の液晶温度センサー。
- 2つの出力部の電位差信号が、前記液晶の透明点以下の温度にて、前記液晶の誘電率異方性値に比例する出力信号である請求項3または4に記載の液晶温度センサー。
- 2つの出力部の電位差信号を信号処理することにより、前記液晶の透明点以下の温度にて1をデジタル出力し、前記液晶の透明点を超える温度にて0をデジタル出力するようにした請求項3または4に記載の液晶温度センサー。
- 液晶ディスプレイ内部の温度測定に用いられる請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液晶温度センサー。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の液晶温度センサーを内蔵した液晶表示素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008263988A JP5227732B2 (ja) | 2008-10-10 | 2008-10-10 | 液晶温度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008263988A JP5227732B2 (ja) | 2008-10-10 | 2008-10-10 | 液晶温度センサー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010091940A JP2010091940A (ja) | 2010-04-22 |
JP5227732B2 true JP5227732B2 (ja) | 2013-07-03 |
Family
ID=42254698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008263988A Active JP5227732B2 (ja) | 2008-10-10 | 2008-10-10 | 液晶温度センサー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5227732B2 (ja) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL7812214A (nl) * | 1978-12-15 | 1980-06-17 | Philips Nv | Weergeefinrichting met een vloeibaar kristal. |
JPS5639523A (en) * | 1979-09-10 | 1981-04-15 | Hitachi Ltd | Liquid crystal display device |
JPS5889737A (ja) * | 1981-11-16 | 1983-05-28 | イギリス国 | 指触感知スイツチ |
US4738514A (en) * | 1986-01-16 | 1988-04-19 | Rca Corporation | Crystal variation compensation circuit for liquid crystal displays |
JPH0355515A (ja) * | 1989-07-25 | 1991-03-11 | Citizen Watch Co Ltd | 液晶表示装置の温度補償回路 |
JP3750219B2 (ja) * | 1996-04-09 | 2006-03-01 | 大日本インキ化学工業株式会社 | 光散乱型液晶デバイス及びその製造方法 |
JP3639490B2 (ja) * | 2000-03-07 | 2005-04-20 | 三洋電機株式会社 | 液晶表示装置 |
-
2008
- 2008-10-10 JP JP2008263988A patent/JP5227732B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010091940A (ja) | 2010-04-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Malik et al. | Effect of ZnO nanoparticles on the SmC*-SmA* phase transition temperature in electroclinic liquid crystals | |
Dorjgotov et al. | Viscosities of a bent‐core nematic liquid crystal | |
Pandey et al. | Study of different modes of dielectric relaxation in a newly synthesized material exhibiting ferro-, ferri-and antiferro-electric phases | |
JP5524985B2 (ja) | センサー | |
Marcos et al. | Temperature-frequency converter using a liquid crystal cell as a sensing element | |
Lee et al. | Liquid crystal-based capacitive, electro-optical and dielectric biosensors for protein quantitation | |
JP5227732B2 (ja) | 液晶温度センサー | |
Dłubacz et al. | New antiferroelectric liquid crystal for use in LCD | |
Panov et al. | The beauty of twist-bend nematic phase: Fast switching domains, first order fréedericksz transition and a hierarchy of structures | |
Algorri et al. | Liquid crystal temperature sensor based on three electrodes and a high-resistivity layer | |
Ayachit et al. | Thermodynamic and acoustical parameters of some nematic liquid crystals | |
Tidey et al. | Determination of the difference of flexoelectric coefficients in a nematic liquid crystal using a conoscopic technique | |
Bsaibess et al. | Study of the electrocaloric effect in ferroelectric liquid crystals | |
Kumar et al. | Non-linear behaviour of phason mode with bias field in ferroelectric liquid crystals | |
Nowicka et al. | Application of second-harmonic electro-optical measurements in the study of polar liquid crystal phases | |
Algorri et al. | Modal liquid crystal temperature sensor | |
Misra et al. | Dielectric relaxation study of a H shaped liquid crystal dimer | |
Kavatamane et al. | Probing phase transitions in a soft matter system using a single spin quantum sensor | |
Kalita et al. | Detection of human serum albumin by room temperature nematic liquid crystals based on polarising microscopy, molecular docking and Raman spectroscopy | |
Tomczyk | Indication and discussion of flaws in “Properties of binary mixtures derived from hydrogen bonded liquid crystals” by M. Fouzai et al.[J. Mol. Liq. 249 (2018) 1279–1286] | |
Nowicka | Linear and non-linear electro-optical measurements in the study of polar liquid crystal phases | |
Kuczyński et al. | Determination of the bulk rotational viscosity coefficient in a chiral smectic C* liquid crystal | |
Kuczyński et al. | Comparison of methods for determination of viscoelastic properties in chiral smectics C | |
Orlikowska et al. | Application of the novel dynamic thermo-optical analysis for identification of the sequence of mesophases in thermotropic liquid crystal | |
Kundu et al. | Dielectric spectroscopy of a smectic liquid crystal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110801 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121003 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121030 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130318 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5227732 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160322 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |