JPS6259284B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明ははカラーで表示を行う液晶表示装置に
関するものである。

ネマチツク液晶（これがホストである）に２色
性色素（これがゲストである）を添加したものを
誘明電極を夫々有する２枚のガラス板の間に挾ん
で素子を構成する。この場合あらかじめ正の誘電
異方性の液晶分子をガラス板に平行に配列させて
おけば、添加されている色素による可視領域の光
の吸収により着色して見えるが、この素子に電圧
を加えると液晶分子の長軸方向が電界の方向を向
き、それに伴つて色素分子の長軸方向も電界の方
向（電極面に垂直な方向）を向くので、光の吸収
が消滅し、退色して無色の状態となる。この現象
をゲスト・ホスト効果と呼んでいる。この現象を
使えばカラー表示が可能であることはよく知られ
ている。

ホストのネマチツク液晶として負の誘電異方性
のものを使い、これに２色性色素を添加し、あら
かじめ液晶分子が電極面に垂直となるように配列
させておけば、そのままでは可視光領域では吸収
がなく無色に見えるが、電圧を加えると電極面に
平行となるように液晶分子が配列するので、可視
光領域に吸収を生じ、着色して見えるようにな
る。すなわち、電圧の印加・除去に対する着色と
無色の状態が反対になる。

いずれにしても、ゲスト・ホスト効果を使つて
カラー表示が可能であるが、このカラー表示素子
は液晶を使つた他のカラー表示素子とくらべて、
ながめる方向（視角）の制約がないことおよび液
晶層の厚さのむらや温度の変化が表示カラーに影
響を及ぼさないことなどの特長があるが、その反
面印加電圧を高くしなければならないという欠点
があつた。

本発明の目的はゲスト・ホスト効果を利用し
て、しかも低電圧でのカラー表示を可能にした液
晶表示装置を提供しようとするものである。

以下本発明を図示の実施例により詳細に説明す
る。まず第１図において符号２と３は透明電極
を、１と４は基板のガラス板を、５は液晶分子
を、それぞれ示すものである。２色性色素を添加
したネマチツク液晶を透明電極２，３を備えた２
枚のガラス板１，４の間に挾み、電圧を印加した
状態または除去した状態で、２枚のガラス面の間
で液晶分子５の配列がねじれた構造となるように
してある。

正の誘電異方性のネマチツク液晶がホストであ
る場合には、電圧が印加されていないときには液
晶分子５がねじれた配列構造となつているが、電
圧を印加すると、液晶分子の長軸方向が電界の方
向を向く、このように液晶分子が方向を変えると
き色素の分子も一緒に向きを変える。この場合は
電圧を印加する前には可視光領域に吸収があり、
透過光で見ると着色して見えるが、電圧を印加す
るとこの吸収がなくなり退色して無色となる。

ホストに負の誘電異方性のネマチツク液晶を用
いるときは、電圧を印加していないときに液晶分
子が電極２，３面にほぼ垂直になるように配列さ
せておく。電圧を印加すると液晶分子が電極に平
行に向き、しかもこの平行の方向が２つの電極面
で約90度ずれているようにあらかじめ処理がして
ある。この場合は電圧を加えないときには無色で
あるが、電圧を加えると着色することになる。

いずれにしても、電圧を印加した状態、印加し
ない状態のいずれか一方で、液晶分子の配列方向
が２つの電極面の間でねじれた構造になつてお
り、その液晶に２色性色素を添加してゲスト・ホ
スト効果を利用してカラー表示させることに特徴
がある。

第２図は本発明の液晶表示装置によるカラー表
示手段の構成を示したものである。透明電極２，
３を備えた２枚のガラス板１，４の間に２色性色
素を添加した液晶５をはさみ、この液晶分子をあ
らかじめねじれた、あるいは電圧を印加するとね
じれた配列となるように配列させておく。なお６
はスペーサである。この表示装置の入射光７側に
偏光子８を重ね、この偏光子の偏光方向は電極２
の面において液晶分子が平行配列をとつたときの
その軸方向と平行にする。偏光子を観察者側９に
重ねるときは電極３の面において液晶分子が平行
配列をとつたときのその軸方向と平行にすればよ
い。１０は両電極２，３に給電する電源である。

ここで第２図において偏光子８を使わない場合
と使つた場合の差を説明する。まず電圧を印加し
ない状態では、前者において入射光は、その進行
方向に垂直な面内の全ての方向の電場ベクトルを
有しており、これは入射光側電極２内壁での分子
軸方向に平行な電場ベクトルを有する偏光成分
L₁と垂直な電場ベクトルを有する偏光成分L₂と
に分解することができる。この２つの偏光成分の
電場ベクトルはそれぞれ液晶のねじれ構造に沿つ
て回転しながら通過するので、液晶層を通過する
間L₁の偏光方向は常に分子軸に平行、L₂の偏光
方向は常に垂直方向を保つことになる。液晶５の
分子軸方向に平行な電場ベクトルを有する偏光成
分L₁は色素で最大の吸収を受けるので最小とな
るか、垂直な電場ベクトルを有するL₂は吸収を
ほとんど受けないので最大となる。即ち、電圧を
印加していない場合においても光がある程度透過
してしまう。ここで液晶に充分高い電圧を印加す
ると液晶および色素の分子軸（光軸）は印加電界
方向にほゞ平行となり色素による光吸収は最小と
なつて透過光強度は最大となる。このために電圧
を印加した場合としない場合のコントラストは印
加しない場合の透過光の影響があるためかなり悪
いものとなる。

これに対し、本発明のように偏光子８を素子の
入射光側においた場合には、電圧を印加しない状
態では、偏光方向が入射光側電極内壁での分子配
列方向と平行なL₁の光成分だけを素子に入射さ
せているので、色素で最大の吸収を受け透過光強
度は最小となる。その他の透過光はほとんど生じ
ない。

ここで充分高い電圧を印加すれば分子軸が印加
電界方向に平行となり透過光強度は最大となる。
従つてこの場合電圧を印加した場合としない場合
のコントラストは大きくなる。即ち偏光子が入る
と表示のコントラストを明瞭にすることができる
のである。なお偏光子を素子の出射光側において
も同様の効果はえられる。

この理由は次のように説明することができる。
いずれも、電圧を印加していない状態で、偏光子
８を通して液晶５の分子軸に平行な方向の偏光成
分L₁だけを素子に入射させているので色素で最
大の吸収を受け、充分高い電圧を印加すると前述
のように色素の吸収を受けなくなる。しかし電圧
が充分高くない場合（第３図では3V程度の場
合）には液晶層の中央部の分子軸は印加電界方向
に平行となるが、電極内壁付近の分子軸は壁面の
配向力の影響を受けて壁面にほぼ平行な一方向に
保たれている。この部分を表面層と呼ぶことにす
る。従来のねじれのない一軸水平配向のセルでは
液晶５の両側の表面層の分子軸方向は互いに平行
でしかも入射光の偏光方向と平行であるから、入
射偏光は両方の表面層の中の色素で吸収を受ける
ことになる。これに対してねじれ構造をもつ素子
では、この電圧で中央部の分子軸が印加電界方向
を向くためにもはやねじれ構造は失われ、光の偏
光面の回転も行われなくなる。この状態で液晶５
の両側に存在する表面層の分子軸方向は互いに90
度ねじれた関係にある。従つて入射偏光は、入射
光側の表面層中の色素では吸収を受けるが、偏光
面の回転がないために出射光側の表面層中の色素
の吸収は受けないことになる。即ち、一軸水平配
向のセルと比較して低い電圧で透過率が高くな
り、透過率の変化が急峻になるという効果が現わ
れるのである。

なお、ねじれ構造をもたせた素子でも偏光子を
用いなければ、このような急峻な透過率の変化は
生じない。これは、3V程度の低電圧でねじれ構
造が解けて、入射光側の分子軸と平行な偏光成分
L₁が出射光側の表面層の色素で吸収を受けなく
なつても、これと垂直な偏光成分L₂が新たにこ
の部分の色素の吸収を受けるようになつて前述の
効果が相殺されるためである。

第３図はこのような構成の場合の光の透過率の
電圧依存性を示したグラフである。特性曲線１１
は本発明の液晶表示装置によるものであり、特性
曲線１２は従来のゲスト・ホスト効果を使つたね
じれのない素子によるものである。電圧の上昇に
伴う透過率の変化は本発明の装置の方が急しゆん
で、同じ透過率を与える電圧は本発明の装置の方
がかなり低くなる。しかも低電圧の領域で透過率
の変化が大きいから、マトリツクス駆動の場合に
も有利な特性となる。

次に本発明の液晶表示装置における具体的な構
成手段を実施例について説明する。

実施例 １ 電圧を印加しない場合に液晶分子が電極面に平
行に配列されている素子の場合には、電極表面を
あらかじめ布などで一方向に一様に摩擦し、２枚
の電極面でその方向が90度ずれているように組合
わせる。この摩擦処理の代りに、たとえば一酸化
ケイ素Sioを斜め蒸着してもよい。この製法は液
晶の分子配列制御に関する限り通常のねじれネマ
チツクセルと呼ばれているものの製法と同じであ
る。

これに２色性色素を添加したネマチツク液晶を
使うことと偏光子を１枚しか使わないこととが通
常のねじれネマチツクセルと異つている。

液晶層の厚さには本質的な制限はないが、製作
が容易であるということから、５〜15μｍ程度が
よく、この厚さはスペーサ６で調節する。このよ
うにして製作された液晶表示装置で得られた特性
は第３図に示した通りであり、又第４図は透過率
の分光特性の一例で、電圧を印加しなときの特性
曲線１３と電圧を印加したときの特性曲線１４を
比較してみると明らかなように、可視光領域にお
ける光の吸収が電圧の印加で消滅している。

実施例 ２ 電圧を加えたときに液晶分子がねじれた構造を
示すようにするためには、電圧除去状態で電極面
の法線方向からわずかにずらせて配列させ、電圧
を加えたときに電極面に平行になるようにしてお
く。この場合電極面に平行になるときの方向が２
つの電極面で互に直角となるように電極面への法
線からのわずかなずれの方向を設定しておく必要
がある。このためには、電極面上に、たとえば、
一酸化ケイ素などの斜め蒸着を行つたのちに、ジ
メチル・オクタテシアル・アミノプロピルトリメ
トキシシリル・クロライドなどのような液晶分子
の垂直配向処理剤を塗布してやる必要がある。こ
の電気光学素子の分光特性は前述の実施例１によ
る第４図の特性と逆になり、電圧を加えないとき
は光の吸収がなく、電圧を加えると光の吸収が現
われ、着色して見えることになる。

以上２つの実施例について説明したが、いずれ
の手段でも、液晶分子の配列にねじれのないゲス
ト・ホスト効果を利用したものとくらべて、動作
電圧が2/3〜1/2に低下し、低電圧動作が可能であ
ることが明確に理解できる。要するに、本発明
は、電極と平行となる液晶分子の軸方向に偏光子
を配設したことにより、入射又は出射光の方向が
一方向に揃えられ、その揃つた光がゲスト成分の
色素で着色されて取り出され、方向が揃わないで
且つ着色されない散乱光はほとんどがカツトされ
るので、電圧が印加された場合と印加されない場
合とで表示面におけるコントラストが明瞭にな
り、表示が鮮明に行えるばかりでなく、表示が鮮
明になることからして低電圧でも制御でき、消費
電力が少なくて済むという優れた効果を奏するの
である。

なおホストのネマチツク液晶としては正の誘電
異方性のものとしては、シアノ基をもつシツフ
系、アゾキシ系およびビフエニール系の液晶およ
びこれらの１つまたは複数を含んだ混合液晶など
が使える。負の誘電異方性のものとしては、シア
ノ基をもたないほとんどすべての液晶の単体また
は混合物が使える。

またゲストの２色性色素としてはメロシアニン
系色素、スチリル系色素、アゾ系色素、アゾメチ
ン系色素などが使える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置における液晶分
子の配列状態を示した概略図、第２図は本発明の
液晶表示装置の縦断面図、第３図は本発明の液晶
表示装置の光の透過率における電圧依存性を示し
たグラフ、第４図は本発明の液晶表示装置の光の
透過率の分光（光の波長に対する）特性を示した
グラフである。 １，４……ガラス板、２，３……透明電極、５
……液晶、６……スペーサ、７……偏光子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対設した一対の透明電極間に２色性色素を含
   んだネマチツク液晶分子を挟持した液晶表示装置
   において、前記ネマチツク液晶は電圧の印加状態
   または除去状態のいずれかで、液晶分子の配列が
   一対の電極間でねじれた構造とし、前記液晶装置
   の入射光側あるいは出射光側のいづれかに電極と
   平行となる液晶分子の軸方向と平行となるように
   偏光子の偏光方向を合せて偏光子を配置したこと
   を特徴とする液晶表示装置。