JPS6210277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電界による液晶分子配向変形効果を利
用し、螢光の発光効率を変化させて表示を行なう
表示方式に関するもので、特にその液晶材料に関
する新規有用な技術を提供するものである。 液晶の電気光学効果としては、動的散乱効果
（DSM）、ねじれたネマチツク型電界効果（TN―
FEM）、ゲストホスト効果（GH）、コレステリツ
ク―ネマチツク相転移効果（PTM）等が一般的
に周知である。しかしこれらの電気光学効果はい
ずれも外界の光を散乱若しくは吸収することによ
り表示を行なわせる効果であり、自ら発光表示を
行なう効果ではない。従つて上記電気光学効果を
利用した表示方式は、従来のランプ表示、発光ダ
イオード表示、エレクトロルミネセンス表示ある
いはプラズマ表示等の如く自ら発光する表示方式
と比較すると、表示のための消費エネルギーが少
なくて済むという利点がある反面表示の輝きが無
いという表示品位面での問題が残されていた。 本発明は上記問題に対し有効な解決手段を与え
るものであり、自ら発光を呈しないいわゆる受動
型表示の特徴である低消費電力の利点を活かしつ
つ、自ら発光を呈する能動型表示の輝いた表示を
取り入れた新規有用な表示方式を提供することを
目的とする。 螢光物質の液晶材料の中へ添加し、電界により
螢光を変調させるという技術思想は、すでにR.
D.Larrabeeにより提唱されている（RCA，Rev.
Vol.34.P329.1973年）。しかしながらR.D.
Larrabeeは、彼の論文の中で、室温でUV（紫外
線）光を吸収しない液晶材料を見つけることがで
きなかつたと述べている。即ち、螢光物質を螢光
種として液晶材料中へ添加し、液晶の配向状態に
従つて螢光種の光吸収量を変化させ、その光吸収
量に応じて発される螢光量を変調させる効果に於
いて、励起光が液晶層で吸収されてしまい、有効
に螢光種を励起できなかつたためと考えられる。
そのため、現在に到るまで表示装置への応用は実
を結ぶことなく終わつていた。 本発明は電子機器等の表示装置として応用可能
な室温でネマチツク相又はコレステリツク相を形
成する液晶材料でしかも螢光種を効率良く励起で
きる物質を開発することにより、従来完成され得
なかつた低消費電力型の発光表示装置を実現させ
たものである。以下本発明の表示方式とその動作
原理について、図示する実施例に従つて詳説す
る。 第１図は本発明の１実施例を行す表示装置の構
造模式図である。 表示装置は大略区分すると、電極部、螢光種を
含んだ液晶層、螢光を反射する反射材料及び液晶
層を充填しておく容器より構成される。ln₂O₃，
SnO₂，TiO₂等の透明材料から成る表示電極１を
ガラス、石英板、アクリル、ポリエチレン等から
成る透明基板２の内面に貼附し、透明基板２には
容器を構成するために側壁としてエポキシ樹脂、
シリコン樹脂、フリツトガラス、ポリマーシート
等から成るシール材料３を、また透明基板２と対
向する位置に透明材料あるいは反射材料から成る
背面基板４をそれぞれ配設する。背面基板４の内
面には表示電極１と対向する背面電極５をAl，
Au，Cr，Ag，等の反射材料又はIn₂O₃，SnO₂，
TiO₂等の透明材料で形成し貼附する。背面基板
４又は背面電極５の少なくとも一方は反射材料で
構成されている。この容器内にネマチツク相又は
コレステリツク相を有する液晶材料６を充填す
る。液晶材料６と接する表示電極１及び背面電極
５表面には液晶分子配向層７、例えばSiO，SiO₂
等のラビング層、SiO，SiO₂等の斜方蒸着層、長
鎖アルキル基または長鎖フロロアルキル基を有す
る活面活性剤やアミノ基を含むシラン化合物を有
する活面活性剤の層等が形成されている。また液
晶材料６中には螢光を発する２色吸収螢光種８が
含有されている。 上記構成から成る表示装置の表示動作原理につ
いて、第２図及び第３図を参照しながら以下に説
明する。 液晶材料６は長軸方向の誘電率が大きい値を呈
するいわゆる正の誘電異方性をもつたネマチツク
相またはコレステリツク相を有する材料であり、
主成分として、

【式】なる構造式 で表わされる化合物を混合したものを採用する。
この混合液晶の吸収スペクトルの１例を第４図に
示す。第４図は、上記混合液晶を約10μｍの層厚
で封入した場合における透過率の波長（単位
nm）依存性を示すグラフである。 第４図より明らかな如く、この混合液晶の強い
光吸収は、約290nmより短波長にあり、近uv光は
ほとんど吸収がなく、螢光種の溶媒として好まし
い特性を有している。尚、従来よりしばしば使用
されてきた液晶材料である （以下MBBAと称す）の吸収スペクトルを参考と
して第５図に示す。MBBAでは約350nmより短波
長で強い吸収が生じ、螢光を有効に励起できな
い。

【式】なる構造式 で表わされる液晶材料６自体は古くからその存在
がよく知られている材料である。またその光吸収
波長は分子骨格でほぼ決定され、側鎖（アルキル
基、アルコキシ基）の長さによる依存性はきわめ
て少ない。従つて光吸収波長が近UV領域にない
液晶材料を決定するためには分子構造式の骨格を
決定すれば良く、本発明に適合する液晶材料とし
ては

【式】なる分子骨 格があれば良い。尚、具体的な液晶材料としては
例えばＲ＝CnH2n＋１とR′＝CmH²m＋^１の組み
合わせとして（ｎ＝１，ｍ＝２，４，６，７）、
（ｎ＝２，ｍ＝２，４）、（ｎ＝３，ｍ＝１，２，
４，６，７）、（ｎ＝４，ｍ＝２，４，６）、（ｎ＝
５，ｍ＝２，４，６，７）、（ｎ＝６，ｍ＝１〜
８）、（ｎ＝７，ｍ＝１〜８）、（ｎ＝８，ｍ＝１，
２）等がよく知られているが、これら以外にも側
鎖の組み合わせは多数考えられる。上記分子骨格
を有する液晶材料６を主成分として他の成分より
多く混合すればアロマテイツクエステル化合物の
特徴が維持され、液晶範囲も問題とはならない。 螢光種８は一般にアロマテイツク化合物、例え
ばアントラセン、テトラセン、パイレン、ピロニ
ンＧ、ピロニンＢ、ペリレン、ローダミン6G、
パークロレート、クリプトシアニン、クマリン７
等が使用されるが、これらに限定されるものでは
ない。螢光種の吸収スペクトルは一般に異方性が
あり、分子長軸方向と短軸方向では長軸方向の場
合の吸収端の方が長波長側へ移行している場合が
多い。これを第６図に示す。第６図に於いてl₁は
螢光種の長軸方向の吸収スペクトルであり、l₂は
短軸方向の吸収スペクトルである。またl₃は液晶
の長軸方向の吸収スペクトルを示す。横軸は波
長、縦軸は吸光度を表わす。 第６図のl₁の吸光度が略々極大値を呈する波長
λ_１を有する入射励起光を第１図に示す表示装置
に照射する。入射励起光９の電界振動方向が第２
図に示す如く螢光種８の長軸方向の場合には第６
図の吸収スペクトルl₁に従つて励起光９を吸収
し、螢光種８は螢光１０を発する。一方第３図に
示す如く螢光種８の短軸方向の場合には第６図の
吸収スペクトルl₂に従つて励起光９を吸収せず、
螢光種８は螢光を発しない。この２種類の光学的
状態を利用することにより本発明の表示方式の１
実施例が完成される。即ち表示電極１及び背面電
極５をそれぞれスイツチ１１を介して交流電源１
２に接続し、表示電極１及び背面電極５を介して
容器内の液晶組成物に電圧を印加して上記２種類
の光学的状態を制御する。電圧を印加すると液晶
配向状態は第３図に示す状態となり、電圧印加を
解除すると第２図に示す配向状態に復帰する。螢
光スペクトルと吸収スペクトルはいわゆる鏡面特
性を示すため、螢光色に対応する吸収スペクトル
を有する螢光種を選定することにより、希望する
螢光色を得ることができる。第７図にアントラセ
ンに於ける螢光スペクトルと吸収スペクトルを示
す。横軸は波長、縦軸は吸収係数及び螢光強度を
示す。図中実線は吸収スペクトル、破線は螢光ス
ペクトルである。 第２図及び第３図は、正の誘電異方性を有した
ネマテイツク液晶を使用した場合を例示している
が、負の誘電異方性を有したネマテイツク液晶を
用いてもよく、また正または負の誘電異方性を有
したコレステリツク液晶としてもよい。その場合
に、液晶材料としては、

【式】型化合物の みならず、アロマテイツクエステル化合物に種々
の光学活性物質を添加したものであつてもよい。 以上は主として螢光を発する発色種の二色性を
液晶分子の配向性により制御し螢光の発光効率を
変調させる方式であるが、液晶層内へ散乱中心を
形成し、その散乱中心密度により、液晶層外へ放
出する螢光強度を変調する方式においても本発明
は有効である。この場合の１実施例を第８図に示
す。第８図において１４は散乱中心を、１５は内
面が鏡面仕上げされた胴板を示す。第１図〜第３
図と同一符号は同一内容を示す。第８図に示す方
式は前述した如く本発明のアロマテイツクエステ
ル化合物が近uv光の波長領域において、光吸収
が少く、有効に発色種を光励起できることと、も
う一点、アロマテイツクエステル化合物の複屈折
性が比較的大きい点を利用したものである。 次に本発明を特性面から説明する。第９図は、
第１に示す構造の表示装置を形成した場合のコン
トラスト特性図であり、横軸は印加交流電圧を実
効値で示し、縦軸は螢光強度を表わす。使用液晶
のネマテイツク液晶温度範囲は、6.5℃から47℃
である。螢光種は、イーストマンコダツク社製ク
マリン７で0.5wt％を液晶中に添加した。液晶層
厚は10μｍで、温度は25℃である。励起光は高圧
水銀灯を使用した。また応答特性は、5v駆動時
で立ち上がり時間が50msec、立ち下がり時間は
200msecであつた。（観測波長590nm） 次に、散乱現象を利用した実施例を示す。 表示装置は第８図に示すような構造のものを用
いた。 初期液晶分子配向状態は、コレステリツク相の
グランジエン組織を用い、液晶層へ印加する電圧
強度により、フオーカルコニツク組織やネマテイ
ツク相のホメオトロピツク状態に変換すること
で、散乱状態の強弱を制御し、表示装置の外部へ
出る螢光を変調することができ、表示コントラス
トは、発色種８としてクマリン７を0.5wt％添加
し、ガラス基板2.4として厚さ１mmのパイレツク
スガラス板を表示電極１としてIn₂O₃を、背面電
極５としてAlを、液晶分子配向層７としてSiO₂
上にメルク社製Acid―Ｔをコートしたものを用
いた場合に、590nmで10：１の値が得られた。 以上詳説した如く本発明は従来技術では期待す
ることのできない低消費電力駆動が可能な発光を
呈する受動型表示装置を完成させたものであり表
示品位が良好であるため電卓、置時計、腕時計、
メーター類、温度計等のあらゆる表示部に適用可
能である。 以上の説明は主として反射型表示装置の構造に
適用した場合についての実施例を解説したもので
あるが、本発明は上記以外に両電極部とも透明電
極、透明基板を使用して透過型表示装置としても
応用可能であることは当然である。その際には励
起光源と組み合わせることも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す表示装置の構
造模式図である。第２図及び第３図は第１図に示
す表示装置の表示動作原理を示す説明図である。
第４図は本発明の実施に供する液晶材料の１実施
例についてのスペクトルを示すグラフである。第
５図は従来使用されている液晶材料（MBBA）の
吸収スペクトルを示すグラフである。第６図は本
発明の実施に供する螢光種の吸収スペクトルを示
すグラフである。第７図はアントラセンに於ける
螢光スペクトルと吸収スペクトルを示すグラフで
ある。第８図は本発明の他の実施例を示す表示装
置の構造模式図である。第９図は第１図に示す表
示装置のコントラスト特性図である。 １……表示電極、２……透明基板、３……シー
ル材料、４……背面基板、５……背面電極、６…
…液晶材料、７……液晶分子配向層、８……螢光
種、９……入射励起光、１０……螢光、１１……
スイツチ、１２……交流電源、１４……散乱中
心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ネマテイツク相、スメクテイツク相またはコ
   レステリツク相を有する液晶材料中に可視光領域
   内で螢光を発する発色種を添加して成る螢光型液
   晶表示用組成物に電圧を印加し、前記発色種から
   の螢光または螢光効率を変調させ、表示を実行す
   る螢光型液晶表示装置において、 前記液晶材料は主成分として、 （但し、Ｒ，R′はｎ―CmH²m＋^１−，ｎ−
   CmH²m＋¹O−型アルキル基で、ｎは直鎖を示
   し、ｍは１〜８の整数を示す） で表現されるアロマテイツクエステル化合物を少
   なくとも１種以上含有していることを特徴とする
   螢光型液晶表示装置。