JPS6219476B2 - - 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）、ねじれたネマテイツク型電界効果（TN
−FEM）、ゲストホスト効果（GH）、コレステリ
ツク−ネマテイツク相転移効果（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。

螢光物質を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
な室温でネマテイツク相、スメクテイツク相又は
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実施例を示す表示装置の構
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。In₂O₃、
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
構成されていてもよい。この容器内にネマテイツ
ク相、スメクテイ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色吸収性螢光種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は例えば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
テイツク相を有する材料であり、 で、ＲがC₃H₇−、C₅H₁₁−及びC₇H₁₅−からなる
共融混合物である。この混合液晶の吸収スペクト
ルを第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200nｍ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。

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、ビロニ
ンＧ、ビロニン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λ_１の励起光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１２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、 型化合物（Ｒ^*は不斉炭素を有したアルキル基）
のみならず、前記シクロヘキシールシクロヘキサ
ン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。

この場合の散乱中心１４とは、いわゆるネマテ
イツク液晶の動的散乱現象を示すネマテイツク液
晶の動的な流動運動に依るものでもよく、または
コレステリツク液晶のいわゆるフオーカルコニツ
ク組織と呼ばれる配向状態でもよく、さらに熱等
の刺激によるネマテイツク液晶層、コレステリツ
ク液晶層あるいはスメクテイツク液晶相の部分的
配向乱れ現象、デイスクリネーシヨンであつても
よい。

上記実施例で説明した液晶材料６は、未端基が
アルキル基（Ｒ−）とシアノ基（−CN）を有し
たシクロヘキシールシクロヘキサン化合物であ
る。これらの物質の使用に際しては、単品の液晶
のみならず、混合系として数種混合して用いても
良いことは明らかであり、またこれらアロマテイ
ツクエステル化合物に例えば、 等の液晶または溶剤を組み合せてもよい。しかし
これらの混合量は、上記シクロヘキシールシクロ
ヘキサン化合物の混合量よりも少ないことが望ま
しい。

なぜなら多量に混合するとシクロヘキシールシ
クロヘキサン化合物の特徴が失なわれてしまうか
らである。

次に本発明を特性面から説明する。第９図は、
第１図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
晶は、 からなる混合液晶であり、そのネマテイツク液晶
温度範囲は、8.0℃から83.0℃である。螢光種
は、イーストマンコダツク社製クマリンクで
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。

表示装置の構造は、第８図に示すもので、使用
する液晶は、上述の混合液晶（メルク社製、ZLI
−1167型シクロヘキシールシクロヘキサン液晶）
に、 の光学活性物質を10wt％添加したものを用い
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ることにより表
   示を実行する螢光型液晶表示装置に於いて、 前記液晶材料は主成分として、 ｛但しＡはｎ−CmH₂m₊₁ ^-型アルキル基（ｍ＝３
   〜８の整数）｝ 型の分子構造を有するシクロヘキシールシクロヘ
   キサン化合物を他の成分より多く含有しているこ
   とを特徴とする螢光型液晶表示装置。