JPS6112253B2

JPS6112253B2 -

Info

Publication number: JPS6112253B2
Application number: JP884474A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Tsunoda; Isamu Harada; Yoichiro Hirao
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1974-01-19
Filing date: 1974-01-19
Publication date: 1986-04-07
Also published as: JPS50112059A

Description

【発明の詳細な説明】本発明の電気光学装置は、特に中間の輝度また
は色調を有する映像が表示でき、これによつて電
圧，電流の値や各種の警告，指示等が表示できる
ようにした電気光学装置に関するものである。

電気光学物質には有機物に属するものや無機物
に属するものがあり、比較的に低い電界中で分子
が変位もしくは乱流状態を呈して特異な光学現象
を示す。このように特異な光学現象を示す電気光
学物質を例えば文字もしくは図柄模様を形成する
一対の電極の間に挾持せしめたサンドイツチ構造
の電気光学セルを形成すらならば、一対の電極間
に比較的に低い電界を加えることによつて、電極
模様に対応するイメージを表示させることができ
る。ここで電気光学セルを構成するすべての部材
が光学的に透過であるならば、前面方向からイメ
ージが観察できる透過型の電気光学セルとなり、
また背面側に光反射板をおけば反射型の電気光学
セルとなる。

本発明はかかる電気光学セルにおいて、その電
極の少なくとも一方の面上に部分的に種々異なつ
た分圧比の電圧を電気光学物質に与える薄膜状イ
ンピーダンス素子を重層してカラフルな映像もし
くは中間調を有するモノクロ映像を表示すること
ができる電気光学装置を提供するものである。更
には電圧，電流の値や、各種の警告，指示等を容
易に表示するのに好適な電気光学装置を提供する
ものである。

以下図面につき本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１，第２図示のように、ガラスなど透明な前
面基材１の下面にはそれぞれ面積S₁，S₂……が相
等しい複数個の透明な第１の薄膜電極a₁，a₂……
を設け、またガラス等ど透明な背面基材２の上面
には平板状透明な第２の薄膜電極ｂを設ける。上
記第１の薄膜電極a₁，a₂……および第２の薄膜電
極ｂは、例えば酸化錫や酸化インジウムなどの金
属もしくはこれ等の金属化合物を真空蒸気法ある
いはスパツタ法，吹付法，化成法などによつて形
成し、通常その膜厚は数百乃至2000Å程度であ
る。

上記第１の電極a₁，a₂……の下面にはインピー
ダンスが部分的に異なる薄膜状のインピーダンス
素子３を重層して設ける。

この素子３はSio，Mgo，Geo，MgF₂などの薄
膜を用いる。またこれらの薄膜にTi，Ta，
BaTiO₃，Ba・SrTio₃などを混入してインピーダ
ンス素子３の誘電率を増加させるようにしてもよ
い。またはTiO₃の薄膜を用いてもよい。または
ポリオレフイン系樹脂の積層膜や、アセチルセル
ローズ、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ
ウレタン，ポリエステル，アクリルの溶液塗布膜
や四弗化エチレンの分散液法による形成膜，光硬
化性樹脂膜などで、通常は誘電率の高いものが好
ましい。第２図ａ示のものではその素子３の膜厚
を部分的に変えてそのインピーダンスを変えてい
るが、第２図ｂ示の素子３ａのようにその厚さを
一定にし、その材質を部分的に変えるようにして
もよい。

前面基材１の下面に背面基材２の上面を対向さ
せるように積層し、前面基材１の間の電気光学物
質の薄膜４を挾持させる。通常、電気光学物質の
薄膜４の膜厚はその間に設けた枠形スペーサによ
つて決定する。

ここで、電気光学物質には有機物液晶や人工液
晶すなわち無機物微粒子もしくは有機物微粒子を
溶媒中に分散させて人工的に製造したコロイド懸
濁液など電気的に光学的異方性が変わる液体結晶
を用いることができる。

有機物液晶としては、例えば、ｐ−アニサル−
p′−シアノアニリン、ｐ−メチルベンザル−p′−
ｎ−ブチルアニリン、ｐ−エトキシベンザル−
p′−シアノアニリン、ｐ−シアノベンザル−p′−
ｎ−ブチルアニリン、ｐ−シアノベンザル−p′−
アニシヂン、ｐ−シアノベンザルフエネチヂン、
ｐ−シアノフエニル−p′−ｎ−ブチルベンゾエイ
ト、ｐ−シアノフエニル−p′−ｎ−ヘプチルベン
ゾエイト、エチルｐ−（ｐ−アニサルアミノ）−シ
ンナメイト、エチルｐ−（ｐ−エトキシベンザル
アミノ）−シンナイト、エチルｐ−（ｐ−シアノベ
ンザルアミノ）−シンナメイト、エチルｐ−（ｐ−
ｎ−ブチルアニサルアミノ）−シンナメイト、ｎ
−ブチルｐ−（ｐ−エトキシベンザルアミノ）−シ
ンナメイト、イソアミル−ｐ−（ｐ−アニサルア
ミノ）−シンナメイト、ｐ−ｎ−ヘキシルベンザ
ル−p′−シアノアニリン、ｐ−ｎ−プロピロベン
ザル−p′−シアノアニリン、ｐ−アゾキシアニソ
ール、アニサルアゾキシフエネトール、ｐ−（ア
ニサルアミノ）−フエニルアセテート、ｐ−メト
キシベンザル−p′−ｎ−ブチルアニリン、ｐ−メ
トキシホルミロキシベンザル−ｐ−ｎ−ブチルア
ニリン、Ｎ−（ｐ−メトキシベンジリデン）−ｐ−
（２−プロポキシカルボニル−１−プロペニル）−
アニリン、ｐ−エトキシベンザル−p′−ｎ−ブチ
ルアニリン、ｐ−メトキシ−p′−ｎ−ベンジルカ
ルボキシアゾベンゼン、ｐ−エトキシ−p′−ブト
キシカルボニルアゾベンゼン、ブチルｐ−（ｐ−
エトキシフエノキシカルボニル）−フエニルカー
ボネイト、２−（ｐ−メトキシベンザルアミノ）−
５−ｎ−ブチルフエノール、ｐ−（ｐ−エトキシ
フエニルアゾ）−フエニルヘキサノエイト、ビス
−（４−ｎ−オクチルオキシベンザル）−２−クロ
ロフエニレンジアミン、４，４′−ビス−（ヘキシ
ロキシ）−アゾキシベンゼン、４，４′−ビス−
（ヘプチロキシ）−アゾキシベンゼン、４−カプロ
キシ安息香酸−4′−エトキシフエニールエステ
ル、４−カプロキシ安息香酸−4′−ブトキシフエ
ニールエステルなどのネマテイツクな液晶物質も
しくはこれ等のネマテイツクな液晶物質を二成分
以上含む混合物液晶が用いられる。後述するよう
に、ある場合にはネマテイツクな液晶物質に少量
のコレステリツクな液晶物質を混合して用いるこ
ともある。またある場合にはネマテイツクな液晶
物質に双極子型附加物を混入して用いることもあ
る。また、４−アルコオキシフエニル−アセチル
−クロライド、４−アルキルフエニル−アセチル
−クロライド、４−アセトオキシフエニルアセチ
ルクロライドの混合物を用いることもある。

人工液晶としては、例えばタングステン酸化物
やバナジウム酸化物，水晶などの異方性針状結
晶、もしくは炭酸蒼鉛や鉛結晶，ガラス片などの
層片状結晶、あるいはヘラバタイト、ポリ弗化ビ
ニリデンなど無機物微粒子もしくは有機物微粒子
をジブチールフタレイトやジフエニール，アルコ
ール，水などの溶媒中に分散させたコロイド懸濁
液を用いることができる。ある場合には、これ等
のコロイド懸濁液に双極子型附加物を混入して用
いることがある。

なお、電気光学物質の薄膜４の膜厚は通常数乃
至20μｍ程度に設定される。

第２図示のように上記第１の薄膜電極a₁，a₂…
…は可変電圧源Edの片極に接続し、また第２の
薄膜電極ｂは可変電圧源Edの他極に接続する。
この可変電圧源Edは直流でもよいが、一般には
交番電源を用いることが多い。

第３図示は上記電気光学セルの回路を等価的に
示すもので、r₁₁，r₁₂……は第１の薄膜電極a₁，
a₂……と、第２の薄膜電極ｂ間の電気光学物質層
４のそれぞれ抵抗、c₁₁，c₁₂……は同じくそれぞ
れ容量を示す。第１の薄膜電極a₁，a₂……部位の
それぞれ面積S₁，S₂……が相等しく、また薄膜４
の平均の厚さＤは薄膜電極a₁，a₂……の平均の厚
さｄに比して桁ちがいに大きいので厚さＤは一定
とみなされ、抵抗r₁₁，r₁₂……の値および容量
c₁₁，c₁₂……の値はそれぞれ相等しい。従つて、
これ等の並列回路による合成インピーダンス
Z₁₁，Z₁₂……もまたそれぞれ相等しい。次に、
r₂₁，r₂₂……は素子３の抵抗、c₂₁，c₂₂……は素子
３の容量で、これ等の並列回路による合成インピ
ーダンスZ₂₁，Z₂₂……は前述したことに基づきそ
れぞれ異なる。従つて素子３のインピーダンス
Z₂₁，Z₂₂……の値が順次異なるのでインピーダン
ス素子３による降下電圧が部分的に異なり各部分
における電気光学物質４は部分的に異なつた輝度
または色調で光散乱する。かくして可変電圧源
Edの値を変えるだけで部分的に異なつた輝度ま
たは色調の映像を表示させることができるのであ
る。

而して本発明では複数に分割した電極上に薄膜
状のインピーダンス素子を重層しているので外部
に複雑な回路を設けることなく、分割した領域ご
とに異なる中間調の表示を行なうことができるも
のである。

また本発明は外部インピーダンス素子を用い
ず、アナログ表示ができるので、電気光学セル以
外に流れる電流回路は形成されず、電気光学セル
が有する特徴を充分に発揮しうるものである。ま
た、充分に薄い誘電体膜で所望のインピーダンス
の値が得られ、超薄型のアナログ表示装置を提供
できる。更に誘電体膜の厚みを制御するだけで、
インピーダンスの値を簡単に制御でき、製造が容
易であるなどの効果を奏するものである。

上記実施例においては第１の薄膜電極a₁，a₂…
…のそれぞれ面積S₁₁，S₁₂……が共に相等しい場
合についてのみ説明したのであるが、それぞれ面
積S₁₁，S₁₂……が順次異なる場合についても同一
の効果を達成し得る。第４〜６図はその実施例を
示すもので、第１，第２図示と同一部分は同一符
号を用いて示されており、電気光学物質について
も上記実施例と変わるものではない。すなわち、
第１の薄膜電極a₁₁，a₁₂……の部位のそれぞれ面
積S₁₀₀，S₂₀₀……を順次小さくしたものである。

第６図はその等価回路を示すもので、面積
S₁₀₀，S₂₀₀……が小さいものほど電気光学物質層
４の抵抗r₁₁₀，r₁₂₀……は順次大きく、その間の
容量c₁₁₀，c₁₂₀……は順次小さく、電界効果型表
示において作用する実動インピーダンスZ′₁₁₀，
Z′₁₂₀……は順次大となり、素子３の抵抗r₂₁₀，
r₂₂₀……と容量c₂₁₀，c₂₂₀……による合成インピー
ダンスZ₂₁₀，Z₂₂₀……が必らずしも異なつていな
くても電気光学物質の薄膜４に作用する電圧は異
なり、前述のものと同様に電気光学物質の薄膜４
は部分的に異なつた輝度あるいは色調で光散乱す
るもので、可変電圧源Edの値を変えるだけで部
分的に異なつた輝度または色調を有する映像を表
示させることができるのである。

なお、薄膜電極の面積をそれぞれ変えた場合の
実施例は、第４図示をもつて局限するものではな
い。

上記装置において基材を相互に傾斜させるか、
または基材に段を設けて電気光学物質層Ｄを一定
にしてもよい。また電極膜の厚さを部分的に変え
てもよい。

第７図は面積が順次大きくなる２組の電極
a₂₁，a₂₂……，a₃₁，a₃₂……を対称に設けたもので
ある。この装置は例えばステレオの音量レベルの
表示に好適である。

第８図は、第１〜６図示の電気光学セルの両側
に上記偏光板５と検光板６を設けた場合の断面図
を示すものである。

第９図イに示すように、電界が零の状態におい
ては電気光学物質が一様にホメオトロピツク層を
形成、すなわち電気光学物質中の各分子が電極面
に対して一様に垂直に配向し、光軸が電気光学セ
ルと垂直に配向する場合の実施例を示すものであ
る。このようなホメオトロピツク層を形成する場
合、例えば有機物液晶であるならば分子の縦軸方
向の双極子分力よりも分子の縦軸に対して垂直方
向の双極子分力が大きい。すなわちε⊥＞ε₁₁の
関係を満足するネマテイツクな液晶物質（Nn型
液晶）が分子の縦軸方向の双極子分力が分子の縦
軸に対して垂直方向の双極子分力よりも大きい。
すなわちε₁₁＞ε⊥の関係を満足するネマテイツ
クな液晶物質（Np型液晶）よりも有利である。
更に電気光学セル内壁面を硝酸もしくは重クロム
酸などの強酸化剤で事前処理することによつて一
層ホメオトロピツク層の形成を助成する。また
は、液晶物質にヘキサデシルトリメチル−臭化ア
ンモニウム、ｐ−ニトロ桂皮酸−ｎ−ブチルエス
テル、ｐ−アミノ桂皮酸−イソアミルエステルな
どの混和性もしくは可溶性附加剤を混入してホメ
オトロピツク層の形成を助成する。場合によつて
はポリ弗化ビニリデンなどを附加することもあ
る。

第９図示装置の作用について説明する。第９図
ロ示は無電界の状態を示すもので、拡散光は偏光
板５を透過し、例えばその透過光は図の面に平行
な方向に偏光されるものとする。電気光学セルに
電界を印加しない場合は、電気光学物質がホメオ
トロピツク層を形成し、電気光学セルは光学的に
等方性を示すから、偏光板５を透過した光は電気
光学セルをそのまま透過して検光板６に到達す
る。しかしながら、偏光板５と検光板６は直交ニ
コルを形成し、検光板６は図の面に平行な方向の
偏光だけを透過しないから、観察者側には散照光
が全く到達せず、観察者側からは暗黒に見える。
電気光学セルの電極に電界を加え、電界の強さが
電気光学セルのしきいち電圧を越えると、各分子
の双極子は徐々にそのむきを電場の方向に移し、
各分子の分子軸方向は次第にねじれるから、電気
光学物質内のホメオトロピツク構造は電界の強さ
に比例して崩れ、電気光学セルは光学的に異方性
を示すようになる。従つて、偏光板５を透過した
光は電気光学セルを透過することはよつて再度偏
光する。第１０図示のように電界の強さが比較的
に低い領域内では電界強度（600Hzの交流）に応
じてその透過光強度が青，緑……赤の波長によつ
て曲線c₁，c₂，c₃で示すように変化し、波長に応
じて選択的に検光板６を透過して観察者に到達す
る。かくして電気光学セルの各電極に異なる電荷
を加え、カラフルな映像を表示できるものであ
る。なお、電界の強さがある程度以上強くなると
すべての光を透過して白色像を呈するようにな
る。

第１１図示は電界が零の状態において、電気光
学物質内の各分子が電極面に対してヘリカル形状
のねじれ構造を形成するように配列された場合の
実施例を示すものである。このような場合、例え
ば有機物液晶であるならば一般に前述のε₁₁＞ε
⊥の関係を満足するネマテイツクな液晶物質
（Np液晶）が有利である。例えば電気光学セルの
基材１，２の内向面を木綿織布やせる織布などで
一定方向にまさつすると、液晶物質の各分子が基
材１，２をまさつした方向に配列することが知ら
れており、前記ヘリカル形状のねじれ構造は基材
１，２の内向面を相互に直角方向にまさつするこ
とによつて形成する。または、ネマテイツクな液
晶に小量のコレステリツク液晶もしくは光学的に
活性な物質を附加するなどしてヘリカル形状のね
じれ構造を形成させることもできる。

第１１図示装置の作用について説明する。第１
１図ロは無電界の状態を示すもので、電気光学セ
ルに電界を印加しない場合、散照光は偏光板５を
透過したのち電気光学セルを透過する。ここで、
偏光板５を透過した偏光は電気光学物質内の各分
子が形成するヘリカル構造のねじれ方向に従つて
90度回転する。もしも、偏光板５と検光板６が相
互に直交ニコルを形成するように配置されている
ならば、電気光学セルを透過した偏光はそのまま
検光板６を透過して観察者に到達し、偏光板５と
検光板６の偏光方向が相互に同一方向であるなら
ば、電気光学セルを透過した偏光は検光板６によ
つて遮断され、観察者側からは暗黒に見える。電
気光学セルの電界を加え、電界の強さが電気光学
セルのしきい値電圧を越えると、各分子の双極子
は徐々にそのむきを電場の方向に移し、各分子の
長軸方向が電極に対して垂直の方向にむきを変え
る。従つて電気光学物質内のヘリカル構造は崩
れ、電気光学セルは光学的に等方性を示すように
なる。かくして黒地に鮮明な白色像もしくは白地
に鮮明な黒色像を表示し、場合によつては鮮明な
色調もしくは中間調を表示するものである。Np
液晶としては例えばR₁−〓−COO−〓−CN，R₂
−〓−CH＝Ｎ−〓−CNなどがある。

第１２図は偏光板５の片面に光反射層７を設け
た場合である。この場合は反射型の表示装置とな
る。

電気光学セルと偏光板５の間あるいは偏光板５
と光源の間に色フイルタを挿入してもよく、また
偏光板５あるいは６を色偏光板または２色性複合
色偏光板を用い、減法混色によつてカラフルな映
像を表示できるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いる電気光学セルの
平面図、第２図ａは第１図−線断面図、ｂは
その他の例の断面図、第３図はその等価回路図、
第４図は本発明の他の実施例の平面図、第５図は
第４図−線の断面図、第６図はその等価回路
図、第７，８図は本発明の一実施例の平面図、第
９図イは垂直配向する液晶の説明図、ロはその光
路の説明図、第１０図はその印加電圧と透過光強
度の関係を示すグラフ、第１１図イはヘリカルね
じれ配向する液晶の説明図、ロはその光路の説明
図、第１２図は本発明の他の実施例の縦断面図で
ある。 a₁，a₂，a₁₁，a₁₂……第１の電極、ｂ……第２
の電極、３……インピーダンス素子、４……電気
光学物質の薄膜。

Claims

【特許請求の範囲】

１電気光学物質を介して互いに対向する一対の
電極を備えた電気光学装置において、上記電極の
少なくとも一方の対向面上にはその電極を複数の
部分に分割してなる領域別に所要値のインピーダ
ンスを有する薄膜状インピーダンス素子を重層し
て構成し、前記一対の電極間に電界を与えたと
き、前記インピーダンス素子と電気光学物質内イ
ンピーダンスとの分圧比によつて前記電気光学物
質の両側面電位が前記分割した領域ごとに異なる
ことを特徴とする電気光学装置。