JPH0682742A

JPH0682742A - 液晶性物質の表示方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0682742A
Application number: JP4260899A
Authority: JP
Inventors: Koyo Yuasa; 公洋湯浅
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】温度勾配によって液晶性物質の表示を行な
い、直接的な電気エネルギを使用しない状態での表示を
可能とする。【構成】等方性液体状態の液晶性物質に、該物質と相
分離する実質的に固体であるスペーサ材を混合した物質
を少なくとも一方が透明な基板で挾持し、かつ上記物質
に温度勾配を与える手段を具備し、また少なくとも一方
の基板の外側に偏光板を配置した構成としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶又は液晶に類似し
た分子構造を有する物質（本明細書ではこれらを含めて
液晶性物質という。）を等方性液体状態として、これに
部分的に温度勾配を与え、このとき生じる液晶性物質の
光学的異方性を利用して表示（本明細書では調光を含め
て表示と称することもある。）を行なう方法と装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、各種表示装置としては、ブラウン
管，液晶，エレクトロルミネッセンス，プラズマ等を用
いたものが知られている。これらの中でも、低消費電力
という利点を有する液晶表示装置が近年盛んに研究され
種々の分野で実用化されつつある。この液晶表示装置
は、電気エネルギを付与したときの分子のずれや配列の
乱れを利用して表示を行なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶表
示装置をはじめ、ほとんどの表示装置は電気光学効果を
利用したものであり、電気エネルギを直接付与しなけれ
ば作動しない。したがっで、野外などの電源を利用でき
ない場所では使用することができなかった。本発明は、
上記の課題にかんがみてなされたものであり、電気エネ
ルギを直接使用することなく、液晶性物質に温度勾配を
与えることによって液晶性物質に連続的な濃淡表示を行
なわせるようにした表示方法とその装置の提供を目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】液晶性物質における液晶
分子などの棒状の形状をした分子は、温度勾配が存在す
る場合にはその分子長軸を等温線と平行にした方がエネ
ルギ的に安定となる。等方相ではこれらの分子はランダ
ムに分子運動しているので光学的な異方性は無いが（図
４（ａ））、同じ等方相状態でも、例えば図（ｂ）に示
すようにある程度の温度勾配があると、各分子は等温線
と平行になっている時間の分率が増加し、図４（ｂ）の
Ａ方向に全体的にわずかな光学的異方性を生ずる。本発
明は、この異方性を利用して表示を行なわせるものであ
る。

【０００５】すなわち、本発明の液晶性物質の表示方法
は等方性液体状態の液晶性物質に温度勾配を与え、この
液晶性物質に光学的異方性を生じさせて表示を行なう方
法としてある。また、本発明の液晶性物質の表示装置
は、等方性液体状態の液晶性物質、又はこの液晶性物質
に、該物質と相分離する実質的に固体であるスペーサ材
を混合した物質を、少なくとも一方が透明な基板で挾持
し、かつ上記物質に温度勾配を与える手段とで構成して
あり、また必要に応じて少なくとも一方の基板の外側に
偏光板を配置した構成としてある。

【０００６】以下、本発明を具体的に説明する。図１
は、液晶性物質表示装置の第一具体例を示すもので、複
屈折効果を利用した装置である。１は等方性液体状態の
液晶性物質であり、使用する温度域で等方性液体となる
液晶性物質であれは何でもよく、公知の低分子液晶、高
分子液晶、これらの混合物あるいは非液晶性で相溶性が
ある物質を用いることができる。これらの物質は使用し
ない温度域では各種液晶相や結晶相、ガラス状態を示す
ものでもよい。具体的には、次のような物質を挙げるこ
とができる。

【０００７】

【化１】〜

【化８７】

【０００８】高分子の液晶性物質としては、これらの分
子構造を側鎖中に有する側鎖型高分子物質が挙げられ
る。主鎖としては、ポリアクリレート主鎖，ポリメタク
リレート主鎖，ポリクロロアクリレート主鎖，ポリオキ
シラン主鎖，ポリシロキサン主鎖，ポリオキシエステル
主鎖，又はこれらの共重合等がある。

【０００９】上述した液晶性物質は液体であるので、容
器の中に入れることが好ましいが、例えばガラスやプラ
スチックなどの板あるいはフィルム等からなる基板２，
３に挾んだ構成とすることもできる。基板２，３として
用いる物質としては、具体的には、次のものを挙げるこ
とができる。通常のガラスのほか、無アルカリガラス，
ポリエーテルスルホン，ポリエチレンテレフタレート，
ポリカーボネートなどのプラスチック板のほか、アルミ
ニウム，銅，鉄，銀などの金属板などでもよい。このと
き、少なくとも一方は透明性を有するものとする。

【００１０】基板２，３間すなわち液晶性物質１の厚み
を一定に保ったり、押圧に対する強度を向上させて装置
の機械的強度を高くするため、上記液晶性物質に、この
物質と相分離する（相溶しない）実質的に固体である物
質をスペーサ材として混合してもよい。これは機械的強
度を改善できる程度に硬ければよく、金属、ガラス、プ
ラスチック等何でもよい。より具体的には、次のような
物質を挙げることができる。アルミミニウム，銅、鉄，
金，銀等の金属微粒子や球状、ファイバー状のガラス、
ポリエチレン，ポリエチレンテレフタレート，ポリメチ
ルメタクリレート等のプラスチックビーズ等が好適に使
用できる。なお、液晶性物質の周囲はアクリル系接着
剤、エポキシ系接着剤等の接着剤など用いて封止してあ
る。

【００１１】４，５は偏光板であり、これら偏光板４，
５の間に基板２，３で挾持した液晶性物質１を配置して
ある。偏光板４，５としては、通常、液晶パネルで用い
られるようなもの、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコー
ル）−ヨウ素系や、色素系のものを使用することができ
る。

【００１２】６は液晶性物質１の長手方向に温度勾配を
与えるためのヒータであり基板２，３の間の片側に配置
してある。温度勾配を与える手段としては、ヒータによ
る加熱方式のほか、外部からの赤外線加熱方式，電磁誘
導加熱方式，超音波エネルギ加熱方式，太陽熱加熱方
式，周囲の温度差による加熱・冷却方式あるいはペルチ
ェ素子を用いた冷却方式等を利用することができる。

【００１３】なお、上述の具体例では、平行な偏光板
４，５間に液晶性物質１を配置した例を示したが、偏光
板の偏光軸を直交させたり斜めに配置した構成であって
もよい。また、複屈折効果を利用した表示装置では、通
常の複屈折型液晶表示装置のように位相差板等の別の複
屈折層を積層した構造にしてもよい。

【００１４】次に、上述した第一具体例に係る液晶性物
質表示装置を用いた表示方法について説明する。この具
体例では、液晶性物質１を平行な偏光板４，５間に配置
してあるので、温度勾配を与えないときは分子方向はラ
ンダムとなり、光はそのまま透過して透明になる。一
方、ヒータ６などの温度勾配を与える手段によって、液
晶性物質の長手方向に温度勾配を与えると、液晶性物質
における分子の平均的配向も向きが温度勾配と直角の方
向になり、複屈折性が発現して透過光は着色する。この
とき、着色を最大にするためには、偏光板の偏光軸を温
度勾配の方向に対して４５°傾けさせておくことが好ま
しい。また、このようにして生じる複屈折性は、液晶相
におけるそれと比較して小さいので、セル厚を数μｍ以
上に比較的大きくしておくことが望ましい。セル厚が小
さすぎるとコントラストが低下したり、表示を行なうた
めに与える温度勾配を非常に大きくする必要を生じるこ
とがある。

【００１５】図２は、液晶性物質表示装置の第二具体例
を示すもので、二色性を利用した装置である。装置の構
成は第一具体例とほぼ同じであり、第一具体例と異なる
のは、液晶性物質１として、二色性を有する等方性液体
状態の物質を用いている点及び偏光板４の偏光軸の傾き
を０にするとともに、他方の偏光板５を省略した点にあ
る。二色性を有する等方性液体状態の液晶性物質は、第
一具体例で用いる物質に例えれば、ゲストホスト型液晶
表示装置に用いられるような二色性色素を混合または共
重合することで容易に得られる。この第二具体例に係る
液晶性物質表示装置を用いた表示方法は、次のようにな
る。すなわち、この具体例においては、温度勾配を与え
ないときには、液晶性物質の二色性分子の配向は等方性
を有しているので偏光板４の偏光軸と直角な方向の吸光
は少なく「明」表示となる。一方、温度勾配を与える
と、液晶性物質における分子の平均的配向方向が偏光軸
と直角になるので、その方向の吸光が大となり「暗」表
示となる。これにより、「明」「暗」の表示を行なう。

【００１６】図３（ａ），（ｂ）は、液晶性物質表示装
置の第三具体例を示すもので、これも二色性を利用した
装置である。装置の構成は、第二具体例の場合と同様の
液晶状物質１を基板２，３で挾持し、必要に応じスペー
サ（図示せず）を用い、かつ周囲を封止した構成として
ある。そして、基板３にシート形のヒータ６を配置し、
厚み方向に温度勾配を与えるようにしてある。この第三
具体例に係る液晶性物質表示装置を用いた表示方法は、
次のようになる。すなわち、この具体例においては、温
度勾配を与えないときには、液晶性物質の二色性分子は
全くランダムに配置されるので（図３（ａ）の状態）
「明」表示となる。これは基板面と平行な分子の割合が
少ないからである。一方、液晶性物質の厚み方向に温度
勾配を与えるとかなりの分子は基板面と平行になりそれ
だけ吸光が増大するので「暗」表示となる。このような
表示装置では、液晶性物質１と基板２，３等からなるセ
ルの厚さをやや厚くした方がよく、１０μｍ程度以上と
することが好ましい。薄すぎると「暗」表示が薄くなる
ことがある。

【００１７】なお、本発明の液晶性物質の表示方法及び
その装置は、上述した具体例の他に種々変形したものも
含み、例えば異方性が生じることによる屈折率の変化を
利用し、基板との屈折率との差による全反射または透過
条件を用いて表示を行なう方法と装置なども含む。上述
した本発明の液晶性物質を用いた表示方法及び装置によ
れば電源を全く必要としない調光ガラスや、透過光量を
外気または室内温度に応じて自動調整する窓などをつく
ることができる。また、温度分布などを検知するセンサ
ーにも利用できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の液晶性物質表示方法及びその
装置を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。実施例１

【００１９】

【化８８】

【００２０】上記液晶性物質１を厚み０．８ｍｍ、大き
さ２００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板２上に載せ、直
径１０μｍのＳｉＯ₂ 製のスペーサ材を微量散布したの
ちに同じ大きさのガラス板３を重ねて押圧した。周囲は
エポキシ樹脂を用いて封止を行なった。このうち、一方
の基板の端部に幅１０ｍｍのＩＴＯ電極を設け、図５に
示すような液晶性物質表示装置を作成した。次に、偏光
軸が長手方向から４５°傾いている大きさ２００ｍｍ×
３００ｍｍの偏光板を両側に配置した。この際、互いの
偏光軸は直交するように配置した。ＩＴＯ電極部に１０
Ｖの電圧を印加してＩＴＯ部をヒータとして利用して図
５における矢印の方向に温度勾配を与えた。下部から照
明光をあてて上から観察したところ、左端から約５０ｍ
ｍまでの領域で光が透過した（図６（ａ）参照）。この
ときの温度勾配をサーモブラフィーで測定したところ約
１２℃／１０ｍｍであった。次に、ＩＴＯ部に印加する
電圧を２０Ｖに増加させたところ、光が透過する領域は
左端から９０ｍｍまで増加した（図６（ａ）参照）。こ
のときの温度勾配は約１８℃／１０ｍｍであった。表示
の様子（明暗の度合い）は連続的に変化しており、与え
る温度勾配で任意に連続的に変化させられることが明ら
かになった。

【００２１】実施例２

【００２２】

【化８９】

【００２３】上記液晶性物質と、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ：数平均分子量２０万）及び黒色色素
（日本感光色素製ＮＫＸ−１０３３）を、重量比６０：
３７：３で混合したものを３０重量％ジクロルメタン溶
液として厚み１００μｍ、幅１５０ｍｍ、長さ１０ｍの
二軸延伸ＰＥＴに塗布製膜した。塗布はロールコーター
を用いて行ない、溶媒蒸発後の厚みは２５μｍの膜を得
た。次いで、同種のＰＥＴとラミネートロールを用いて
ラミネートして表示装置とした。長さ約１ｍ分を切り出
して窓ガラスの外側に貼り付けた。外気温が約３０℃の
とき、室内温が２５℃程度と低いときには本装置内に厚
み方向の温度勾配が生じて透過率は３１％であった。一
方、室内が約３０℃と、外気温とほぼ同等のときは温度
勾配が生じないので透過率は４７％であった。これによ
り、電源を必要としない調光体として使用できることが
明らかになった。

【００２４】実施例３実施例１で用いた液晶性物質１を厚み０．３ｍｍ、大き
さ５０ｍｍ×５０ｍｍの二枚のガラス板２，３間に挟ん
で周囲をエポキシ樹脂で封止した。セルギャップは直径
７μｍのファイバー状ＳｉＯ₂スペーサを用いて約７．
５μｍとした。両面には粘着剤付きの偏光板を偏光軸が
平行となるように貼りつけ、図７に示すような液晶性物
質表示装置を作成した。このような素子の上面から、エ
ネルギー密度１０ｍＷ／ｃｍ²のＣＯ₂レーザー光スポッ
トを素子のほぼ中央に照射したところ、図８に示すよう
なパターンが現われた。これは温度勾配が放射状になっ
ており、照射部Ａを中心とした等温線が同心円状になっ
ているために偏光軸と平行な部分では透明、平行でない
部分では複屈折効果による着色が生じたためである。ま
た、レーザー光照射を取り除くと再び透明になり、この
動作は何回でも繰り返しが可能であった。このように直
接電気を使用しないので複雑な駆動回路も不要な表示装
置が得られた。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明の液晶性物質の表
示方法によれば、温度勾配によって表示を行なえるの
で、液晶表示素子などのように複雑な電気回路を必要と
しない。また、温度勾配の付与は、必ずしも直接的な電
気エネルギを用いなくても可能であるので、電気エネル
ギを得られない環境下での表示も可能となる。さらに、
本発明の液晶性物質の表示装置によれば簡単な構造の装
置で温度勾配による表示を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明表示装置の第一具体例を説明するための
斜視図。

【図２】本発明表示装置の第二具体例を説明するための
斜視図。

【図３】本発明表示装置の第三具体例を説明するための
断面図であり、（ａ）は分子がランダムな状態を示し、
（ｂ）は分子が基板面と平行な状態を示している。

【図４】本発明の液晶性物質における分子の状態説明図
であり、（ａ）は光学的異方性のない状態を示し、
（ｂ）は光学的異方性のある状態を示す。

【図５】本発明表示装置における第一実施例の斜視図。

【図６】本発明表示装置における第一実施例装置を用い
て行なった表示結果を説明する図で、（ａ）は温度勾配
を与えない状態を示し、（ｂ）は温度勾配を与えた状態
を示す。

【図７】本発明表示装置における第三実施例の斜視図。

【図８】本発明表示装置における第三実施例装置を用い
て行なった表示結果を説明する図。

【符号の説明】

１…液晶性物質２，３…基板４，５…偏光板６…ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】等方性液体状態の液晶性物質に温度勾配
を与え、この液晶性物質に光学的異方性を生じさせて表
示を行なうことを特徴とした液晶性物質の表示方法。
【請求項２】等方性液体状態の液晶性物質を、少なく
とも一方が透明な基板間に挾持し、かつ上記液晶性物質
に温度勾配を与える手段を具備したことを特徴とする液
晶性物質の表示装置。
【請求項３】上記液晶性物質に、この液晶性物質と相
分離する実質的に固体であるスペーサ材を混合させた請
求項２記載の液晶性物質の表示装置。
【請求項４】上記基板の少なくとも一方の基板の外側
に偏光板を配置した請求項２又は３記載の液晶性物質の
表示装置。