JPS5825244B2 - 螢光型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶表示装置に関し、詳しくは、有機螢光物質
を溶解させた液晶の薄膜に電界などの刺激場を加えて光
散乱状態を生ぜしめ、有機螢光物質の発する螢光を液晶
外に有効に放出するようにした螢光型液晶表示装置に関
するものである。

液晶表示装置としては、液晶の動的散乱効果を利用する
方式、ネマチック液晶をねじれ構造として利用する方式
、電界によるコレステリック液晶からネマチック液晶へ
の相転移を利用する方式などがあるが、これらはいずれ
も表示素子の周囲光の散乱または吸収に基づく光学効果
を利用したものである。

したがって、これらの方式による表示装置は発光のため
のエネルギーを必要としないため、低消費電力で表示装
置を駆動できる反面、表示部が自ら発光する発光ダイオ
ードやエレクトロルミネッセンスによる表示装置に比べ
、表示に発光性または輝きがないという欠点があった。

そこで、ララベーは二色性有機螢光物質を液晶に添加し
、液晶の配列方向を電界で変えることにより、液晶系か
らの螢光強度を変調する方法を提案しているが（Ｌａｒ
ａｂｅｅ １ＲＣＡ Ｒｅｖｉｅｗ Ｖｏｌ 。

３４、Ｐ、３２９（１９７３））、十分な二色性を有す
ると共に、螢光の発光効率の高い螢光物質が現在得られ
ていないために、実用的な液晶表示装置とはなり得てい
ない。

本願発明者らは特願昭５２−１３３８４８（昭和５２年
１１月７日出願）で、有機螢光物質を、刺激場により光
散乱現象を起こし、かつ前記有機螢光物質の励起光と螢
光を実質的に透過させる液晶に溶解または分散させて、
前記有機螢光物質の励起光と螢光を実質的に透過させる
セルに薄膜状に封入したことを特徴とする液晶表示装置
を提案している。

この液晶表示装置を第１図とともに説明する。

第１図において、セルの上部基板１ａ、下部基板１ｂは
いずれもガラスなどの透明材料から形成され内面には酸
化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）などからなる電極層２ ａ
＋ ２ ｂが形成され、下部基板１ｂの電極２ｂは表
示の態様に応じて適宜にバタン化されている。

反射型素子の場合には観測者１０の位置する表示側の電
極２ａは、有機螢光物質６の励起光ｈν１と螢光ｈν２
に対して実質的に透過性を有する透明電極でなげればな
らないが、表示側と反対側の電極２ｂおよび基板１ｂは
必ずしも透明である必要はない。

基板１ａと１ｂはスペーサを兼ねた接着部３で接合し、
基板間に液晶５と有機螢光物質６が注入される。

なお４は例えばラビング処理されたＳｉＯ□等の如き液
晶分子配向層で少なくとも表示側は透明となっている。

下部基板１ｂの下方には表示のバックグラウンドを構成
する背板７が配設され、通常有機螢光物質の発する螢光
ｈν２の発光スペクトル領域に吸収スペクトルを有する
着色が用いられ、表示を明瞭とする。

この表示装置の動作モードは、刺激場（第１図の例では
電場）の強度により、液晶中に光散乱中心を生ぜさしめ
、液晶中を伝播している螢光を液晶層外へ取り出すこと
により表示を行なうものであり、散乱中心が無い場合に
は「暗」を示し、散乱中心が有る場合には「明」を示す
。

ところで、前記の発明においては、液晶層に溶解された
有機螢光物質から発された螢光は、一部分基板１ ａ
、１ ｂに逃げ出し散乱中心へ有効に到５達せず表示コ
ントラストが十分でないという欠点があった。

本発明はこの点に鑑み、液晶層から逃げ出した螢光をガ
ラス基板１ａの内側に形成した屈折率の犬なる透明層で
受光し、この透明層で螢光を全反射させ一種のオプティ
カルファイバーと、して光を損失なく散乱中心へ伝送す
るものである。

このようにすれば、散乱中心へ螢光を有効に送り込むこ
とができ、表示のコントラストを極めて向上させること
が可能となる。

本発明を第２図とともに説明する。

第２図にお・いては、第１図の従来例と比べて、液晶層
８（液晶５および有機螢光物質６を含む。

以下同じ）と基板１ａ、１ｂとの間に、新たに螢光の波
長における屈折率が基板材料の屈折率よりも高い材料よ
りなる層１１が設けられている点が異なっている。

第３図および第４図は本発明の要部断面図であり、これ
らの図とともに本発明を説明する。

第３図はパターン化された電極２ ａ ） ２ ｂ間に
電圧を印加しない場合、または適当な電圧発生器９で液
晶層８に電圧を印加しても液晶５に光散乱現象が実質的
に生じていない場合を示す図である。

周囲からの励起光ｈν１を吸収した有機螢光物質６は螢
光を発するが、有機螢光物質の溶媒となっている液晶５
０層厚（すなわち液晶層８０層厚）は一般に極めて薄く
、数μｍ〜士数μｍ程度であるため螢光は層厚方向には
ほとんど発光中心が増加されず、発光強度は増大されな
い。

即ち、液晶５内に同一密度で発光（螢光）中心が存在し
ている揚場には液晶５０層厚が増すにつれて発光中心の
数も増加しくこれを螢光の集積と称す）、発光強度も増
大する。

しかしながら液晶５０層厚が薄いと層厚方向の発光中心
の数が少なく充分な発光強度が得られ難い。

一方、層厚方向と直交する基板面方向（液晶層面方向）
には一般には数量から数十−の長さにわたって十分に液
晶５および有機螢光物質６が存在するため螢光は十分に
集積される。

この集積化は、液晶層８内および屈折率の大きな層１１
を通して行なわれる。

ところで第３図に示すように、液晶層８中に散乱中心が
無い状態では、螢光は液晶層８内および屈折率の大きな
層１１に取り込まれる形となり、表示側に放出されない
。

この状態は「暗」表示である。

第４図は、液晶５に光散乱現象を生せしめる程度の電圧
を印加した場合を示す図であるが、この場合は液晶層８
および屈折率の大きな層１１中の螢光は、液晶５の散乱
によって生じた散乱中心１３より表示側に螢光ｈν２を
発する。

この状態は「明」表示である。

本発明において用いる液晶は電界、磁界、熱、機械的力
などの外部からの刺激場によって光散乱現象を示すもの
であれば、ネマチック相、スメクテイツク相あるいはコ
レステリック相のいずれでもよい。

また、負の誘電異方性を有したネマチック部品に第４級
アンモニウム塩のような電解質を添加してなる液晶系の
動的散乱効果の利用、ネマティック液晶とコレステリッ
ク液晶との混合系の蓄積（記憶）効果の利用、正の誘電
異方性を有するコレステリック液晶系におけるグランジ
ャン組織−フォーカルコニック組織−ネマチイック相と
いう相転移効果の利用などによって光散乱現象を生じる
液晶が利用できるが、もちろんこれに限られたものでは
ない。

これらの液晶には、単品の液晶のみでなく混合系でもよ
く、その混合はネマティック液晶間のみならず、スメク
テイツク液晶、コレステリック液晶との混合や、さらに
は一般溶剤（等方性液体）の添加や特定の導電率を持た
せるだめの各種酸類、塩基類、塩類などの添加剤や光学
活性物質、あるいは液晶分子配向のための配向剤をそれ
ぞれ単独に、または組合わせて含有させることも可能で
ある。

本発明に用いる有機螢光物質６は、液晶中に良く溶け、
螢光発光効率が高ければ良く、螢光の二色性は必ずしも
必要ではない。

螢光染料としては、などを例示できるが、これらに限定
されるものではない。

このような有機螢光物質が外部からの励起光により励起
されて螢光を発するために、溶媒または分散媒体として
の液晶は、有機螢光物質の励起光に対して実質的に透過
性を有しなげればならず、同時にその螢光が有効に観測
されるように、液晶は螢光の波長に対しても実質的に透
過性を有しな。

ければならない。

また液晶とその中へ溶解または分散される有機螢光物質
は、たとえばサンドインチ型のセルに封入し、表示装置
とされるので、セルもまた少なくともその表示側におい
て、有機螢光物質の励起光。

と螢光の両方を実質的に透過させるものでなげればなら
ない。

なお表示面以外のセルの材質はこれらの光を必ずしも透
過するものである必要はない。

一方透過型装置の場合には少なくとも表示側の基板等は
螢光の波長域の光に対して透明であり、少・なくとも励
起光源側の基板等は有機螢光物質の吸収係数が犬なる波
長域の光において透明である必要がある。

本発明に用いる高屈折率層１１は上記基板と同等の光に
対する透光性が要求されるが、さらに基板ｉａ、１ｂの
材質よりも高い屈折率をもつことが必要とされる。

高屈折率層１１に用いる材料としては、Ａ１２０３（ｎ
：屈折率−１，６３）、５ｂ２０３ （ｎ ＝２．
０ ）、Ｓｂ ２０３ （ｎ ＝ ３．０１ ）、Ｂｉ
２Ｏ３（ｎ＝２．４ ）、Ｃｄ５ｅ（ｎ＝２．３３）、
ＣｄＳ （ｎ＝２．４）、ＣｄＴｅ （ｎ ＝ ２．
６ ）、ＣｅＦ３ （ｎ ＝ １．７ ）、ＣｅＱ２
（ｎ ＝２．１ ）、Ｃｒ２０３（１１＝２．４ ）、
ＨｆＯ□（ｎ ＝ ２．０ ）、ＰｂＦ２（ｎ ＝ １
゜７５）、ＭｇＯ（ｎ＝１．７）、Ｎｂ ２ ｏ、（ｎ
’−１，９）、ＳｉＯ（ｎ＝１．９）、Ｔａ２０５
（ｎ ＝２．１ ）、５ｎ０２（ｎ＝２．１ ）、Ｔ
ｌＯ２（ｎ ＝ ２．４ ）、Ｙ２Ｏ３（ｎ ＝ １．
．８ ）、Ｚｎ５ｅ（ｎ−＝２．６）、ＺｎＳ （ｎ
＝２．３）、Ｚｒ０２（ｎ＝２、■）などが例示できる
がこれらに限定されるものではなく、基板材料などに応
じて適当に選択される。

これらの材料は、真空蒸着のみならずＣＶＤ、あるいは
スパッタリングデポジション、フィルムコーティングや
薄層の接着を行なって形成することができる。

また、この層１１は単一物質のみならず２種類以上の材
料により多層化したり、厚み方向に屈折率が連続的に変
化するようにしてもよし・。

そしてこの層１１は、電界などの刺激場が印加される場
所以外に形成すれば、液晶中の散乱中心へ螢光を伝送す
るのにより効果的である。

さらに第５図に示すように高屈折率層１１の周囲に反射
層１２を設けたり、または高屈折率層１１の端部を鏡面
加工すれば、周辺方向に進んだ螢光も有効に散乱中心へ
と伝播することが可能となる。

以下実施例とともに本発明の詳細な説明する。

実施例 １ 第２図に示すサンドインチ型セルにおいて、基板１ａ、
Ｉｂとして、■。

７間厚ソーダガラスを、電極２ ａ 、２ ｂとして■
ｎ２０３を部分エツチングしパターン化したものを使用
し、液晶分子配向層４としてＳｉＯ２の上にＭｅｒｃｌ
（社製配向剤Ａｃ１ｄ −Ｔ（化学式は で表わされる。

）でコーティングしたものを用いた。

封入する液晶５としてはＢＤＩ（社製ビフエニ−ル液晶
Ｅ８に同社ＣＢ−１５型液晶を１０重量パーセント添加
してなる混合コレステリック液晶を用いた。

上記液晶の具体的組成は次の如くである。

この場合コレステリック液晶の屈折率ｎの大きさは、短
軸方向でｎ”−１，５２、長軸方向でｎ“−１，７５程
度である。

また、有機螢光物質６としては、イーストマンコダック
社製クマリン７を用いた。

本発明の特徴である光伝送層となる高屈折率層１１には
、ＴｉＯ２を蒸着により約１μｍ厚で全基板面にわたり
形成したものを用いた。

基板１ａと基板１ｂとの接着部３は、ガラスファイバー
を混入したエポキシ樹脂を用いスペーサを兼ねている。

また背板７は黒色着色紙を用いた。この表示装置の表示
は緑色で、コントラスト比は２０：１以上であった。

実施例 ２ 背板７として青色着色紙を、液晶５として、を０．１重
量パーセント添加したｐ−メトキシベンジリデン−ｐ／
−ブチルアニリンとｐ−エトキシベンジリデン−ｐ′−
ブチルアニリンの共有混合液晶を用い、有機螢光物質６
として、イーストマンコダック社製ローダミン６Ｇバー
クロレートを０．５重量パーセントを用いた。

高屈折率層１１のうち電界が印加される場所以外は、Ｈ
ｆＯ２を蒸着により厚さ約１μｍに形成した。

上記の点以外は実施例１と同様にしたところ表示はオレ
ンジ色で、コントラスト比は１０：１であった。

本発明は、第５図に示すように高屈折率層１１の端部（
周辺部）に反射層１２を設けたり、あるいは端部（周辺
部）を鏡面加工するなどして、端部（周辺）方向に進ん
だ螢光を有効に利用することも可能である。

以上のように本発明は、液晶内に溶解または分散させて
いる有機螢光物質より発される螢光を有効に液晶層中の
散乱中心へ伝播し、その結果螢光を効率よくセル外に解
放するものであり、受光型表示の特色を活かしつつその
表示に発光性をもたせたものである。

本発明は電子時計、電子式卓上計算機、自動車用表示装
置、ＸＹソマトクス表示装置などに利用可能であり、従
来の液晶表示の効果と利用範囲を著しく拡大するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる液晶セルの模式断面図、第２図
は本発明の断面図、第３図および第４図は本発明の詳細
な説明する図で、第３図は「暗」を第４図は「明」を表
わす。 第５図は本発明の別の実施例を示す断面図である。 Ｉａ、ｌｂ・・・・・・基板、２ ａ 、２ ｂ・・・
・・・電極、４・・・・・・液晶配向層、５・・・・・
・液晶、６・・・・・・螢光物質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 有機螢光物質を、刺激場により光散乱現象を起こし
   かつ前記有機螢光物質の励起光と螢光を実質的に透過さ
   せる液晶に添加して、少なくとも表示側が前記有機螢光
   物質の励起光と螢光を実質的に透過させるセルに薄層状
   に封入してなる螢光型液晶表示装置において、液晶層と
   液晶層を保持する基板との間に、螢光の波長に対する屈
   折率が該基板の屈折率よりも犬なる透明層を形成したこ
   とを特徴とする螢光型液晶表示装置。 ２ 有機螢光物質を、刺激場により光散乱現象を起こし
   かつ前記有機螢光物質の励起光と螢光を実質的に透過さ
   せる液晶に添加して、少なくとも表示側が前記有機螢光
   物質の励起光と螢光を実質的に透過させるセルに薄層状
   に封入してなる螢光型液晶表示装置において、前記セル
   周端面の内面が高反射面でおおわれていることを特徴と
   する螢光型液晶表示装置。