JPS6055811B2 - 液晶色表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶色表示装置に関する。

液晶による表示が時計を始め電卓などで実用されてい
る。

現在実用されているのは白黒表示が多い。カラー表示に
関して種々案がある。しかし夫々欠点をもつているため
実用になつていない。 例えばＥＣＢ（ＥＬＥＣＴＲＩ
ＣＡＬＬＹＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ
ＢＩＲＥＦＲＩＥＮＧＥＮＣＥ）効果やＴＮ（ＴＷＩＳ
ＴＥＤＮＥＭＡＴＩＣ）効果を用いてカラー表示する方
法がある。 しかし、この方法は液晶の複屈折性を利用
するため、２枚の偏光板を用いなければならず視角がせ
まくさらに光損失が大きくコントラストが悪い欠点があ
る。

さらにα正ＳＴ−ＨＯＳＴ効果を用いた方法がある。

しかし、この方法は液晶に多色性染料を添加し、液晶
を電界で制御することにより、この液晶により多色性染
料を制御して、配向変化に基つく染料分子の直線偏光子
牛での光の吸収スペクトル変化を利用したものである。
しカル添加される多色性染料は、液晶への溶解性、退
色性、さらに液晶性をそこなわないという観点から限定
され、その添加量もあまり多くすることができないし、
液晶により間接的に配向を制御するため完全に制御出来
ないため、コントラストが悪いという欠点がある。 さ
らに液晶に染料という異物が添加されるため液晶の寿命
が低下する欠点がある。

本発明は上記点に鑑みなされたもので、偏光子を１個設
けるだけで良好な色コントラストの得られる液晶色表示
装置を提供するものである。

即ち、可視光域でそれ自身が多色性をもつ液晶ないしは
これを主成分とする液晶組成物をホメオトロピツク配列
又はホモジニアス配列して設けたこの液晶層に電界効果
動作する電圧を印加して液晶の配向を制御し、液晶に直
線偏光を入射させることにより色表示するようにしたも
のである。本発明にかかる液晶色表示装置は、液晶それ
自身の多色性を利用しているためＧｕｅｓｔ−ＨＯｓｔ
効果による表示装置より、色コントラストが良く、液晶
の寿命はそこなわれない。また、ＴＮ，ＥＣＢ効果によ
る表示装置と異なり偏光子は１個しか使用しないため表
示が明るく視野が広いなどさらに、ＤＹＮＡＭＩＣＳＣ
ＡＴＴＥＲＩＮＧ効果動作に比較し低電圧動作できるの
で従来の表示装置より極めてすぐれた特長を有している
。

本発明の原理を例示的に説明すると次の通りである。

液晶例えばネマチツク液晶を構成する分子は、棒状の分
子構造を有し、分子長軸と平行な振動の特定波長の光を
最も強く吸収し、分子長軸と直交する振動の光をほとん
ど吸収しないという性質、いわゆるそれ自身で多色性を
有している。

多色性を示す物質は、等方性液体あるいは溶液状態にあ
る場合には分子の長軸は無秩序な方向を向いており、あ
る一定方向に振動している光を照射しても、分子の長軸
と光の振動とのなす角度は．様々であるため、多色性物
質の吸収する光の強さは、その角度に平均的な値に比例
したものとなり、外部で制御することは出来ない。

ところで、多色性をそれ自身で有するネマチツク液晶の
場合、個々の分子の配向は無秩序ではなく、ある一、定
方向に配列しているため、この配向方向と、光の振動方
向のなす角度によつて、ある特定の光の吸収量か変化す
る。つまり分子の配列方向と光の振動方向が平行の場合
に最も光が吸収され、平行からずれるにつれて吸収量が
減少し、直角の場合・に吸収量は極小となる。ネマチツ
ク液晶は誘電率に異方性を有するため、電界効果を示す
電界を液晶に印加することにより、液晶の配列方向を可
変てきる。

例えば誘電率異方性ε１が正の液晶、即ち液晶分子長軸
方向の誘電率Ｅｌｌが直角方向の誘電率ε±より大の場
合、ある強さ以上の電界効果を示す電場印加により、電
場方向にほぼ平行に配列する。

ε８が負、つまりＥ士がＥｌ，より大の場合には、ある
強さ以上の電界効果を示す電場印加により、電場方向に
ほぼ直角方向に液晶は配列する。

この電界効果を示す電場の方向と液晶分子の長軸方向と
のなす角度は、電場の強さに応じて変化する。即ち、あ
る方向に配列されたそれ自身多色性を示すネマチツク液
晶に、直線偏光を照射した状態で、電界効果を示す電場
を印加すると、光の振動方向と液晶分子長軸とのなす角
度が電場の強さて制御可能となるため、液晶の吸収スペ
クトルを選択できることになる。

即ち多色性に基づく特定波長の光の吸収量は電場の強さ
で可変可能になる。次に本発明の液晶色表示装置の液晶
パネル構造と示めせば次の通りである。第１図に示めす
如く２枚の透明ガラス基板１，２をスペーサ３を介して
対向させて容器４を構成し、この容器４の基板１，２の
内面上の第１及び第２の電極５，６を設け、この第１及
び第２の電極５，６間に液晶を注入して液晶パネルを構
成するものである。

第１及び第２の電極５，６は第２図に示めす如く、一方
の第１の電極５を表示図形状に形成してもよい。

さらに第１及び第２の電極５，６を一方の基板のみに設
けて、液晶に対して水平方向に電圧を印加するようにし
てもよい。

例えば第３図に示めす如く基板１に第１及ひ第２の電極
５，６を夫々櫛形状にして、噛み合せた構成いわゆるイ
ンターディジタル構成にしてもよい。

その他必要に応じて種々な組み合せの電極を構成できる
。

このように構成した液晶パネル４を第４図のように配置
する。

即ち液晶パネル４の入射光路に偏光板７及び光拡散板８
を順次設け、さらに光源９を配置したものである。

即ち光源９からの白色光を光拡散板８て一様光にしたの
ち、偏光板７に入射させ、偏光板７からの直線偏光を液
晶パネル４に入射させるように配置して、光学系を構成
したものである。

以上において光拡散板８は必ずしも必要とするものでは
ない。もう一つの光学系は第５図のように構成したもの
である。

即ち、液晶パネル４の入射光路に偏光板７を設け、出射
光路に光拡散板８を設けて、光源９からの白色光を偏光
板７に入射させ、偏光板７からのＩＣ直線偏光を液晶パ
ネル４に入射させ、透過光を光拡散板８で反射させ、再
び液晶パネル４偏光板７を介して観察できるように構成
してもよい。

勿論、液晶パネル４の第１の電極５を反射導電体層で形
成すれば、光拡散板の作用も兼ねるの１．で、光拡散板
８は必要なくなる。なお、第５図、第６図において、偏
光板７はかならずしも入射光路側に設ける必要はなく、
透過光側に設けてもよい。

このように、液晶パネルの構成例及び光学系例２，の構
成を説明したので次に色表示動作例について説明する。

液晶はそれ自身可視光域て多色性をもつものを用いるが
、この液晶には（イ）誘電率異方性が正の液晶と（口）
誘電率異方性が負の液晶がある。 ２（イ）誘電
率異方性が正の液晶を用いる場合、（イー１）液晶分子
をホモジニアス配列（液晶分子の長軸が基板に水平から
一定方向に配列した状態）して第１図の液晶パネル４に
設け更に、液晶の配列方向と直線偏光の振動方向が一致
する３ように偏光板を設けた時次のように動作する。こ
の液晶パネル４の電極５，６に印加する電圧が零の時に
は、液晶分子の長軸と直線偏光の振動方向が一致するた
め、液晶が色を呈して見える。
！次に前記液晶に電界効果動作を
するに十分な電圧を印加すると、液晶分子の長軸は、電
界方向を向き直線偏光の振動方向と直光し、光はほとん
ど吸収されず、電界が印加された部分の液晶のみが無色
となる。この場合、特に偏光板を使用しなくても、類似
の効果が得られるが、この場合コントラストが著しく低
下する欠点がある。

（イー２）液晶分子をホモジユニアス配列し、第３図に
示めすインターディジタル電極を用いた液晶パネル４に
設けた時次のように動作する。

ただし、この液晶パネル４の電極５，６に印加する電圧
が零の時には、液晶分子の長軸が電極方向に平行に向く
ようにする。

偏光板７による直線偏光面がクシ形電極と直交するよう
に偏光板７を設けると、電圧を印加しない時には、液晶
分子の長軸は、直線偏光光の振動方向と直交するため、
液晶は無色となり、電界効果動作するに十分な電圧を印
加すると、液晶分子の長軸は、電界方向を向き、入射直
線偏光の振動方向と一致し、液晶は色を呈する。

偏光板７による直線偏光面が電極と平行するように偏光
板７を設けると、着色状態から無色への表示となる。（
イー３）液晶分子をホメオトロピツク配列（液晶分子の
長軸を基板に垂直に配列した時）して第３図に示めすイ
ンターディジタル電極を用いた液晶パネル４に設けた場
合次のように動作する。

偏光板７による直線偏光面が電極と直交するように偏光
板７を設けると、液晶パネル４の電極５，６に電圧を印
加しない時には、液晶分子の長軸は直線偏光の振動方向
と直交するため、液晶は無色となる。

液晶パネル４の電極５，６に電界効果動作電圧を印加す
ると、液晶分子の長軸は、電界方向を向き、入射直線偏
光の振動方向と一致し、液晶は色を呈する。（ロ）誘電
率異方性が負の液晶を用いる場合、液晶分子の長軸をホ
メオトロピツク配列させて第１図の液晶パネル４を構成
した時次の様に動作する。

液晶パネル４の電極５，６の電圧が零の時、液晶分子の
長軸はほぼ直線偏光の振動方向と直交するため、液晶は
無色となる。

電極５，６に電界効果動作の十分なる電圧を印加すると
、液晶分子の長軸は、ほぼ電界方向と直角となり、液晶
は色を呈する。

この時、液晶分子の長軸と直線偏光の振動方向とが平行
となるように、即ち液晶の色が最も濃くなるように偏光
板を配置することが望ましい。

さらに電界効果動作電圧印加時に液晶分子の配列が一定
方向を向くように、予め基板に処理をしておくとよソー
層良好な色を呈する。この場合特に偏光板を使用しなく
ても、類似な効果がみられるが、色コントラストは著し
く低下する。誘電異方性が負の液晶と第３図で示めすイ
ンターディジタル電極を有する液晶パネル４に分子長軸
が電極方向に直角となるようホモジニアス配向して設け
た場合には（イー２）に同様な表示動作が実現できる。

以上説明したように、液晶は誘電異方性が、正でも、負
でも、可視光域で多色性をもつものであれば色コンスト
ラストの良い色表示が可能である。

この多色性をもつ液晶について具体例を示めせば次の通
りてある。

例えば少なくとも一つのアゾないしはアゾキシ結合した
少なくとも２つのベンゼン環を有するネマチツク液晶で
ある。

即ち、一般式で示めせば で示めされる化合物に類する液晶である。

上記一般式（１）においてｘがアルコキシ基で、Ｙがア
ルコキシ基の液晶化合物には、オレンジ色の４−（４″
一エトキシフェニルアゾ）ブチルベンゼンや、オレンジ
色の４−（４″一ヘキシルオキシフェニルアゾ）ブチル
ベンゼンなどがある。

この両者を混合した液晶はオレンジ色である。

さらに上記一般式（１）において、Ｘがアルコキシ基で
、Ｙがアシロキシ基の液晶化合物には、橙色の４−（４
″−メトキシフェニルアゾ）ヘキサノイルオキシベンゼ
ンや、４−（４″一エトキシフェニルアゾ）ヘキサノイ
ルオキシベンゼンがある。

その他、Ｘ，Ｙ共にアルコキシ基の液晶化合物や、Ｘが
アルキル基、又はアルコキシ基、Ｙがニトロ基又はニト
リル基あるういはハロゲンからなる液晶化合物などがあ
る。

アゾ結合が２つ以上存在するもの、つまり、Ｘあるうい
はＹに更にアゾ基を有する液晶化合物には１，４−ビス
ー（４−エトキシフェニルアゾ）ベンゼンがある。

で示めされる液晶もある。

上記一般式（２）において、Ｘがアルコキシ基で、Ｙが
アルキル基の液晶化合物には例えば黄色の４！−（４″
ーメトキシフェニルアゾキシ）エチルベンゼンや４−（
４′ーメトキシフェニルアゾキシ）ブチルベンゼンなど
がある。

さらに上記一般式（２）においてＸ，Ｙ共にアルコキシ
基の液晶化合物には、黄色４−（４″−メキシっフェニ
ルアゾキシ）メトキシベンゼンや、４−（４″ーペンチ
ルオキシフェニルアゾキシ）ペンチルオキシベンゼンな
どがある。

その他Ｘ１ならびにＹとしてニトロ基又はニトリル基、
ハワゲンなど種々液晶化合物がある。

パネル４内に入れる液晶は、可視光域で多色性をもつ液
晶に可視光域で多色性を示さない液晶を添加したもので
もよい。この添加する液晶には例えば４−メトキシベン
ジリデンー４−ｎ−ブチルアニリン、４″一エトキシベ
ンジリデンー４−ｎ−ブチルアニリン、４−〔Ｎ−（４
″−メトキシベンジリデン）アミノ〕フェニルアセテー
ト、４゛−メトキシベンジリデンー４−シアノアニリン
などである。

さらに、可視光域で多色性をもつ液晶同志を複数混合し
てもよい。

要するに液晶パネル４内に入れる液晶は、一種でも複数
種でも全体で可視光域で多色性を有していればどんな形
でもよい。

次に具体的実施例を説明する。

実施例１ 第１図に示めすような構成の液晶パネルである。

ガラス基板１，２上に第１及び第２の電極５，６として
酸化スズからなる透明導電層を設ける。

この基板１，２の透明導電層を夫々綿で一定方向にこす
る。こうして、得られた基板１，２について、こすり方
向が平行となるように対向して配置する。

この基板１，２間に厚さ例えば１０μのスペーサ３を介
在して容器を形成する。この容器内に可視光域で多色性
をもつ液晶を入れる。

例えば４−（４″一エトキシフェニルアゾ）ブチルベン
ゼン（以下ＥＢＡＢと略す）と４−（４″−ヘキシルオ
キシフェニルアゾ）ブチルベンゼン（以下１１ＢＡＢと
略す）との重量比３：２の混合液晶で、正の誘電率異方
性を示めし、ネマチツク温度２２〜７３電Ｃである。こ
のようにして構成した液晶パネル４の液晶分子の長軸は
、こすり方向に平行で、かつガラス面に平行となつてい
る。

このように構成されている液晶パネル４の入射光路に第
４図に示めされているように、偏光板７を該偏光板７の
直線偏光面がこすり方向と平行になるように配置し、光
源９から白色光線を偏光板７を介して直線偏光を液晶パ
ネル４に入射させる。

このように構成すると、第１及び第２の電極５，６への
電圧零の時にはオレンジ色を呈し、電界効果動作電圧例
えは約５Ｖ以上の直流又は低周波交流電圧を印加した時
、電圧増加と共にオレンジ色は減少していき、約１９Ｖ
程度で飽和状態となりオレンジ色は消えた。なお、偏光
板７を透過光側に設けても、同様の変化が見られた。

この様子を第６図に示めした。

第６図から明らかなように０Ｖから電圧が高くなるにつ
れて、入射光の吸収度が小さくなることが示めされてい
る。実施例２ 実施例１のＥＢＡＢとＨＢＡＢの混合液晶にさらに添加
液晶として４″−ブトキシベンジリデンー４−シアノア
ニリンを１５ωｔ％混合した液晶を用いる。

この液晶は、正の誘電異方性を示めし、ネマチツク温度
１６〜７９誘Ｃである。このような液晶を用いた場合、
実施例１と同様な方法で電圧零の時はオレンジ色を呈し
、電圧を電界効果動作電圧の約１．５Ｖ以上の直流又は
低周波交流電圧を印加すると、電圧増加と共に色はうす
くなり、約７Ｖ程度でほとんど無色となつた。

実施例３第３図に示すように２つの櫛形電極を噛み合せ
て構成したインターディジタル形電極の液晶パネルにつ
いて説明する。

２枚のガラス基板１，２のうち、一方の基板１の内表面
に電極間隔１０μのインターディジタル電極５，６を形
成する。

インターディジタル電極５，６の形成された基板１及び
他方の基板２内面を線て一定方向にこする。基板１につ
いてはインターディジタル電極５，６の方向に平行に綿
でこする。このこすられた基板１，２について夫々こす
り方向が平行となるように対向して配置し、厚さ例えば
１０μのスペーサ３を介在して容器を構成する。

この容器内に実施例１で示めしたＥＢ．ＡＢとＨＢＡＢ
の混合液晶を入れると、液晶分子の長軸は、こすり方向
即ちインターディジタル電極５，６の方向に平行となる
。このようにして形成された液晶パネル４に第４図に示
めす如く偏光板７を介して基板１，２内面の綿でのこす
り方向と平行に直線偏光を入射させｊると、印加電圧が
零の時、オレンジ色を呈し、電界効果動作電圧の約５Ｖ
以上の直流又は低周波交流電圧を印加すると電圧増加と
共に順次オレンジ色は消え、約１８■で無色となる。

なお上記したように、偏光板７の直線偏光面を；基板１
，２内面の綿でのこすり方向と直交するように配置した
結果、液晶印加電圧零の時無色を呈し、電圧印加時はオ
レンジ色となる。

実施例４ 実施例３の構成の容器を用い、この容器内に入フれる液
晶として、実施例１のＥＢ，ＡＢ．ｌ５ＨＢＡＢの混合
液晶をホメオトロピツク配列させて容器内に入れる。

このように構成した液晶パネル４の入射光路に偏光面が
インターディジタル電極５，６の方向と直交するように
配置して駆動する。この場合液晶への印加電圧が零の時
無色であり、電界効果動作電圧印加時オレンジ色を呈す
る。実施例５ 第１図に示めす如く酸化スズからなる透明電極の形成さ
れた２枚のガラス基板１，２間に厚さ１０μのスペーサ
３を設けて構成した容器内に負の誘電率異方性を示めす
液晶例えば４−（４゛ーメトキシフェニルアゾキシ）ブ
チルベンゼン（以下ＭＢＡＯＢと略す）をホメオトロピ
ツク配列するように設ける。

この液晶はネマチツク温度２１〜７５℃である。このよ
うに構成した液晶パネルに偏光板７を介して直線偏光を
液晶に入射させると、液晶への印加電圧零の時無色てあ
り、電界効果動作電圧を約５■以上直流又は低周波交流
電圧で印加すると、電圧が増加すると共にオレンジ色が
濃くなり、約１５Ｖで飽和状態に達する。

実施例６ 実施例５の液晶としてＭＢＡＯＢに１，４−ビスー（４
″−オクトキシベンザル）−２−クロロフエ５ニレンジ
アミン液晶を２０ωｔ％添加した誘電異方性が負の混合
液晶を用いた。

この液晶は液晶印加電圧零の時無色であり、約３Ｖ程度
からオレンジ色を呈しはじめ、約９Ｖて飽和状態に達す
る。

以上説明したように本発明によれば、可視光域で多色性
をもつ液晶をホメオトロピツクはホモジニアス配列し、
この液晶を電界効果動作電圧て駆動し、直線偏光を照射
して表示するようにした液晶色表示装置を得ることが出
来るので、色コントラストの良い表示をより低電圧で駆
動できる効果がある。

さらに誘電異方性が正の液晶でも、負の液晶でも可視光
域で多色性を有する液晶てあれば使用てきる効果がある
。

さらに着色状態から無色状態にする表示も、無色状態か
ら着色状態にする表示も何れも動作できる効果がある。

さらにまた偏光板は一枚ですむので、極めて明るい良好
な色コントラストの表示ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための液晶パ
ネル構成図、第２図及ひ第３図は第１図の他の実施例説
明図、第４図は第１図を用いた光学系を示す略図、第５
図は第４図の他の実施例説明図、第６図は第１図を用い
た液晶表示の特性曲線図てある。 図において、１，２・・・基板、３・・・スペーサ、４
・・・液晶パネル、５，６・・・電極、７・・・偏光子
、８・・・光拡散板てある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１枚は透明な２枚の基板が対向して設け
   られた容器と、該容器の少なくとも一方の基板内面上に
   夫々絶縁して設けられた第１及び第２の電極と、前記容
   器内にホメオトロピツク又はホモジニアス配列して設け
   られた少なくとも可視光域でそれ自身多色性を有する液
   晶を含む液晶層と、該液晶層の入射光側又は透過光側に
   設けられた偏光子と、前記第１及び第２の電極間に前記
   液晶層か電界効果動作をする電圧を印加する手段とを具
   備して成ることを特徴とする液晶色表示装置。