JPS63216029A - 液晶カラー表示セルおよびカラー画像表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、対向する面に電極を具備し、シールによって
周囲に沿って相互に結合された２枚の空間的に離隔した
透明平行基板を備え、該平行基板がセルにおいて１８０
〜３６０°のねじれを有する液晶セル媒体を満たしたス
ペースを画成する液晶カラー表示セルに関するものであ
る。

ここで「ねじれ」と称するは、セルの厚に亘る、すなわ
ち一方の基板から他方の基板までの液晶化合物分子の長
軸のディレクタの回転を意味するものとする。

近年、１８０〜３６０°のねじれを有する表示セルが着
実に注目されてきた。とりわけ１８０〜２７０６のねじ
れを有する表示セルが注目され、中でも２７０°のもの
が注視されている。作動中、セルは透明基板を介して入
射する直線偏光した白色光に露光される。光がセルを通
過する間、直線偏光はねじれの形状およびセル媒体の複
屈折により楕円偏光に変えられる。１８０〜３６０°の
ねじれを有するセルはＳＴＮセル、すなわち超ねじれネ
マティック（ｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔ　ｎｅｍａｔｉｃ）
セルとして知られている。

２７０°のねじれ形状を有する特定のＳＴＮセルは超ね
じれ複屈折効果セル（ＳＢＥ　：　ｓｕｐｅｒｔｗｉｓ
ｔ　ｂｉｒｅｆｒｉｒｉｇｅｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｃ
ｅｌｌ）として知られている。

特に、９０°のねじれを有するよく知られているねじれ
ネマティックセル（ＴＮセル）に対してこの種のセルの
利点は、急勾配の透過電圧特性である。

このことはセルに電圧をかけた場合、セルを透過する光
の透過率における大きな違いが、しきい値周辺のごくわ
ずかな電圧範囲で生じることを意味する。したがって、
タイム・マルチブレッキシングの手法により、多数の線
を制御することが可能となり、高密度の情報をもたらす
。

またＳＴＮ又はＳＢＥセルには欠点もある。第１の欠点
は２枚の偏光子を必要とすることである。上記セルは直
線偏光に対してしか作動しない。セルの電極間に電圧が
印加されていないかまたはしきい値電圧以下の電圧が印
加されている場合には、ディレクタは上記１８０〜３６
０°のねじれ、好ましくは２７０°のねじれを示す。上
記セルは偏光子を通して直線偏光した光に露光され、光
は透明基板及び透明電極を経て、基板に対して垂直方向
に通過する。複屈折により、直線偏光は楕円偏光に変化
する。この変化は波長によるものである。他方の基板に
連結した検光子ではスペクトルが得られ：すなわち色彩
効果が得られる。いかなるスペクトル、色彩効果が得ら
れるかは若干の因子による。

一つの重要な因子は、偏光子に対する検光子の選択した
位置である。液晶材料の種類もまた影響する。実際、検
光子はさまざまな楕円を通して横断面を与える。ＳＢＥ
セルの場合には、この結果例えば平行偏光子、交差偏光
子に対してそれぞれ、青−白コントラスト、あるいは黄
−黒コントラストを生じる。

電極を用いてしきい値電圧に等しいか又はそれより大の
電圧をセル間に印加した場合、液晶セル媒体の分子は電
界と一致した方向に配向する。これにより、ねじれが消
失し、光学的等方性の状態が生じる。これにより、上述
のＳＢＥセルの上記コントラストが生じる。

ＳＴＮ　（ＳＢＢ）の第２の大きな欠点は、例えばカラ
ーテレビジョンにおけるカラー表示セルとしての使用に
適さないということである。カラー表示セルが満足しな
ければならない第１の必要条件は、９０°のねじれを有
するＴＮセルの場合同様、黒−白操作が可能でなければ
ならないということである。

ＴＮセルに電圧を印加していない状態では、直線偏光し
た白色光は偏光子と検光子を交差させると透過し、各色
を色フィルターを用いて得ることができる。付勢した状
態で、偏光子と検光子を交差させると、直線偏光した白
色光は十分に吸収される。

しかしながら、ＴＮセルには透過電圧特性が急勾配でな
いという欠点がある。

ＳＢＥセルの場合に、支配するスペクトル成分を吸収す
る着色剤を加えることにより、黒−白効果をほぼまたは
完全に得ることが試みられた。しかしかかる高濃度の着
色剤は透過電圧特性に悪影響を及ぼすことを確かめた。

本発明の目的は、１８０〜３６０°のねじれを有し、カ
ラー表示セルとして使用しうる表示セルを提供すること
にある。

本発明の他の目的は、高い透過電圧特性を有するカラー
表示セルを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、シャープなコントラスト及
び高い輝度を有するカラー表示セルを提供することにあ
る。

これらの目的は、本発明において、序文において述べた
型の液晶カラー表示セルにおいて、２枚の透明な基板の
うちの１枚に紫外線の影響下で可視光を発する燐光物質
を被着し、セル媒体が二色性の紫外線吸収物質を含有し
、セルが最大１１１！１個の偏光子を備えたことを特徴
とすることにより達成される。

本発明の液晶カラー表示セルを作動させる間、燐光物質
を被着していない透明基板（第１基板）を介して、セル
を紫外線に露光する。この光は直線偏光される必要がな
い。表示すべきカラー画像を表わす電圧パターンを電極
に印加するが、電極は従来構造に従って、相互に直角に
交差しまた夫々電気的に制御することができる列電極お
よび円柱電極で形成される。側基板の間に配置するセル
媒体の付勢されていない領域において、すなわち、各々
の電極に全く電圧をかけない時、あるいは、しきい値以
下の弱い電界がある領域において、セル導体は１８０〜
３６０°のねじれを示す。

液晶セル媒体中の分子は、上記ねじれ形状となる。セル
において２７０°のねじれの場合、液晶材料の分子は、
媒体と基板壁間の界面の位置で基板面に対して約１５〜
３０＠の傾斜角で傾斜配向している。セルの中心に向か
っていくにつれ、分子の傾斜角は数度以下の値に減少す
る。ねじれの形状によって、別の傾斜角もまた可能であ
る。便宜上この傾斜配向したねじれ形状を以下非励起あ
るいは無電圧（ｖｏｌ　ｔａｇｅｌｅｓｓ）状態と称す
る。

電界を印加したセル媒体の領域では、しきい値電圧より
高い電圧が、セル媒体の両側の電極に印加されるので、
セル媒体の分子配向は、電界に一致し、電掻従って基板
に対して垂直又はほぼ垂直である。この垂直配向を以下
電圧印加または励起状態と称する。

セル媒体中に存在する二色性の紫外線吸収物質は、紫外
線吸収特性を示す分子からなる物質であり、分子の一方
向、特に長袖方向における吸収特性は分子の他の方向、
特に長袖方向と垂直な方向の特性と異なる。紫外線吸収
の程度に関するこの二色性により、物質中の分子は上記
非励起状態において、上記励起状態における場合と異な
る紫外線吸収を示す。

好適例においては、紫外線吸収はある状態では最低であ
り、他の状態では紫外線すべてが吸収され、最大のコン
トラストが得られる。

さらに特に、例えば、非励起状態では透明基板を通って
入射する紫外純金てが吸収され、励起状態では光は吸収
されないか又はごく小さいパーセンキージの光しか吸収
されない。従って、励起状態では紫外線は媒体を透過し
、第２基板上に存在する燐光物質領域に入射し、従って
、人間の目に見えるか、または可視となりうる、例えば
赤、緑若しくは青の着色光ビームを発する。

本発明の表示セルの好適例においては、セル媒体は約３
６０〜３７０ｒ＋ｍの波長を有する紫外線を吸収する二
色性物質を含有する。この方法においていくつかの利点
が得られる。第１の好ましい点は、上述の波長を有する
紫外線はガラスでは吸収されず、よって基板をガラスか
ら作ることができるということである。第２の利点は、
大部分の燐光物質は３６０〜３７０ｎｍの紫外線に感光
性であるということである。したがって多くの燐光物質
が適しており、更に特にカラーテレビジョン画面に使用
される。加えて第３の利点は、３６０〜３７０ｎｍの紫
外線はいく分長い波長であり、これによりセル媒体の分
解が制限されることである。本発明の表示セルの他の好
適例に従うと、液晶材料をセル媒体中に使用し、液晶材
料自体が紫外線吸収に関して二色性である。当該液晶材
料は芳香族環構造を有する。かかる材料の一例を挙げる
と次式 （式中のＲは、例えばヘキシル（−Ｃ６Ｈ，３）残６の
ような炭素数４〜１０のアルキル基を示す）で表わされ
る。

本発明の表示セルの他の好適例では、液晶化合物に加え
て、またセル媒体が紫外線吸収に関して二色性の着色剤
を含有する。この場合、液晶化合物は特別な要求を満足
する必要はない。これは、市場で入手し得る液晶材料、
あるいはその混合物が使用されうることを意味する。セ
ル媒体中に存在する二色性着色剤の分子は、全く液晶材
料中の分子同様、表示セルが非励起状態であるかまたは
励起状態であるかによって異なる配向（分子位置）を示
す。このような配向性の違いにより紫外線吸収が違って
くる。好適な二色性紫外線吸収着色剤は、例えば次式 （式中のＲは例えばブチル基若しくはエチル基のような
炭素数１〜１０のアルキル基を示す）で表わされる物質
である。

二色性紫外線吸収着色剤の分量は例えば０．５〜５重量
％、更に特に１．５〜３重量％である。

本発明の表示セルは紫外線の吸収を基礎となし、また以
下ＳＡＥセル、すなわち超ねじれ吸収効果セル（ｓｕｐ
ｅｒｔｉｖｉｓｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃ
ｔ）と呼ぶ。このセルとＳＢＢ又はＳＴＮセルとでは、
後者は二度の屈折を基本として作動するという違いがあ
る。この差は決定的なものである。

本発明の５Ａｌｌ！セルとＳＢＥ又はＳＴＮセルの間の
重要な違いは、前者は最大限１個の偏光子しか用いず、
好ましくは全く使用しないということである。

ＳＢＥセルでは２個の偏光子を必要とし、直線偏光した
光を得るためのランプの側に１個、セル内で形成される
楕円偏光した光を少なくとも一部吸収するための観測側
（検光子）に１個設置される。

両部光子ともＳＢＥセルの作動には必須である。２個の
偏光子により余分なコストがかかる。さらに、２個の偏
光子を使うことにより光出力が１５％に減少し、従って
画像輝度が低（なるという大きな欠点がある。このほか
に、ＳＡＥセルでは紫外線を用い、紫外線吸収物質を含
有しているという点で異なる。ＳＢＥセルでは直線偏光
した可視光、特に直線偏光した白色光を使用する。ＳＡ
Ｅセルでは複屈折は使用されないが、セルの非励起（ね
じれ）状態で紫外線の吸収が起る。紫外線は直線偏光し
た光である必要がない。ねじれ中の紫外線吸収物質の分
子のさまざまな配向により、常時、少なくとも１つの紫
外線の偏光方向に相応する配向かあり、用いた紫外線は
紫外線吸収物質により吸収される。

所要に応じて、偏光子を１個用いることによりＳＡＥセ
ルにおけるコントラストを増加させることができる。こ
の場合、セルは偏光した紫外線の吸収を基礎として作動
する。環境によって、紫外線吸収物質による偏光した紫
外線の吸収量は偏光していない紫外線の吸収量よりわず
かに大きくなりうる。この偏光子は、表示セルの観測側
及びランプ側の両方に設けることができる。しかしラン
プ側に取りつけるのが好ましい。偏光子を観測側に取り
つけた場合には電極と燐光物質層の間に配置しなければ
ならないという欠点があり、実用的な問題が生じる。こ
のことは、また特に干渉フィルターを電極と燐光物質層
の間に取りつけた場合特にあてはまり、フィルターは紫
外線を透過し、励起の際に燐光物質により発せられた可
視光を反射する。

上述のように、ＳＢＥセルは可視光を用いて操作し、白
色又は黒色背景に黄色又は青色の画像のような色彩効果
の発現をもたらす。本発明者等はＳＢＥセルを直線偏光
した紫外線に露光する試験を行なった。これらのテスト
から、かかるセルの透過は波長に極めて依存するばかり
でなく、温度にも依存することがわかった。予じめ決定
した波長、正確に調整したセル厚における検光子を通し
ての光の最適の透過は数度の温度変化により劇的に変化
し、最小限の透過にまで変化することを見出した。上述
したように、本発明のＳＡＥセルは異なる原理に従って
作動し、紫外線の吸収がセル媒体において行われる。Ｓ
ＢＥセルとは違って、光の偏光、光の波長、温度、及び
セル厚は重要な役割を果たさない。それにもかかわらず
、ＳＡＢセルは優れた電圧透過特性を有する。

最大限１個の偏光子を用い、色フィルターを用いないの
で、高輝度、シャープなコントラストが得られるという
他の利点がある。シャープなコントラストに関して、表
示セルにおける二色性紫外線吸収物質の濃度が著しく高
くてもよいことに注目しなければならない。紫外線波長
領域でそれ自体二色性である液晶化合物を使用する場合
、物質の純度によって１００％の濃度が可能である。か
かる高い濃度のため、比較的低い特定の紫外線吸収の化
合物が使用できる。

燐光物質を第２基板（観測側）に取りつけた。

なお、この第２基板は第１基板（ランプ側）に対向する
基板である。燐光物質はセル媒体に面する第２基板の内
壁に被着するのが好ましい。この結果として、セル媒体
を透過する紫外線光は光を最初に第２基板を通過させる
必要なしに直線燐光物質を励起し、よって、視差は生じ
ない。

比較的長い波長（３７０ｎｍ）の紫外線に対して適当な
燐光物質は、例えばＺｎＳ：Ａｇ（青色）　　ｉ　　（
Ｚｎ。

Ｃｄ）Ｓ　：　Ｃｕ、　ＡＩ　（緑色）およびＹｚＯｚ
Ｓ　：　Ｅｕ　（赤色）である。

１８０〜３６０°の超ねじれを得るために、液晶化合物
の分子は、基板面で傾斜配向していなければならないこ
とは前述した。かかる配向は基板面に例えば斜方蒸着し
たＳｉＯＮからなる配向層を設けることにより得られる
。蒸着の方向は基板面に対し８６６乃至法線までの角度
である。得られる傾斜角は１５〜３０＠である。１８０
〜３６０’の超ねしれを得るための第２の手法は、次式 （式中のＲ及びＲ′は同じかまたは異なる基で、例えば
ヘキシル基またはオクチル基のような炭素数４〜１０の
アルキル基を示す）で表わされるキラル物質をセル媒体
に添加することである。

本発明のカラー表示セルの他の好適例は、第２基板の電
極と燐光物質の間に干渉フィルターを取りつけ、上記フ
ィルターが紫外線を透過し、燐光物質により放射された
光を反射することを特徴とする。

この方法、では、十分高い光出力（２〜３倍高い）が得
られる。燐光物質により全方向に拡散する励起光は干渉
フィルターで一部反射され、更に特に−後方に一光源側
の方向に拡散する部分が反射される。この方法では、こ
れは重要な事であるが、観測側の光出力が増加する。

干渉フィルターは、交互に高い屈折率と低い屈折率を有
する誘電体層を少なくとも２０有するいわゆる「全誘電
体」マルチフィルターとすることができる。また金属層
と、誘電体物質からなる層を交互に僅か３〜５Ｎ配置し
て形成するいわゆる「金属−誘電体」フィルターを適用
することができる。

本発明はさらに上述のカラー表示セルを使用するカラー
画像を表示する方法に関するものであり、この方法では
表示する画像に応じた電圧パターンでセル媒体の両側に
位置する電極に電圧を印加し、セルを透明な基板を通し
て紫外線に露光すると、非励起な電極の間に配置するセ
ル媒体の部分で紫外線が吸収され、上記電極が励起され
ているセル媒体の領域では紫外線が透過し、又は逆に言
えば、透過した紫外線が他方の基板上にある燐光体ドツ
トを励起し、その際着色光ビームを放射する。

次に図面を参照して本発明を実施例より詳細に説明する
。

第１図において、１及び２は基板を表わす。これらの基
板は例えばガラスから成り、長波長の紫外線及び可視光
に透明である。上記基板は例えば接着剤からなるシール
３によって周囲に沿って結合している。基板１．２及び
シール３は液状セル媒体５で満たされたスペース４を包
囲し、セル媒体５は次の成分を含有している： （１）次式の二色性紫外線着色剤２．５重量％（２）次
式のキラル吻質１重量％ （３）次式で表わされる１種以上を含有する液晶上記物
質はメッサース・ホフマン・ラロッシ（Ｍｅｓｓｒｓ　
Ｈｏｆｆｍａｎｎ　Ｌａ　Ｒｏｃｈｅ）からＲＯＴＮ３
０１０として市販されている。

セル媒体５に面した表面において、基板１及び２は透明
トラック状の電極６，７を具備し、電極はスイッチング
ノードのマトリックスを形成するよう、相互に直交して
いる。電極は例えばインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）
から成る。電極を斜め方向に蒸着したＳｉＯからなる配
向層８で被覆する。

基板２、すなわち観測側の基板にはさらに前述した如き
赤色、緑色、青色の燐光体ドツトの層９を設ける。これ
らの領域はＲ（赤）、Ｇ（緑）Ｂ（青）の文字で表示し
である。波長３７０ｎｍの紫外線１１を放射する高圧水
銀ランプ１０を基板１の側部に配置する。

第１図に示すカラー表示セルは次のように作動する： 表示する画像に応じた電圧パターンで電極６及び７に電
圧を印加する。非励起のスイッチングノード間に位置す
るか又はしきい値電圧より低い電圧を印加するセル媒体
５の部分において液晶化合物の分子はセル厚において２
７０°ねじれのねじれた構造を有する。配向層との界面
では、分子は約２０°の傾斜角で傾斜配向している。紫
外線吸収二色性着色剤の分子はそれに従ってねじれ形を
している。セル媒体中、スイッチングノードの間に位置
するか、またはしきい値電圧より低い電圧が印加される
部分では、基板１及び２の表面に垂直な電界の方向に対
応して液晶化合物及び紫外線吸収二色性着色剤の分子を
配向するのに十分な電界がある。

偏光していない紫外線１１は、紫外線吸収二色性着色剤
の分子がねじれ構造で配向していることにより該分子に
よりセル媒体の非励起部分に吸収される。電界の強さが
十分大きい領域では紫外線はセル媒体５を透過し、層９
の燐光体ドツトに入射する。層９における燐光体ドツト
はスイッチングノードと一列に並んでいる。励起した燐
光体ドツトは人間の目に、あるいはまた表示セルの観測
側（基板２側）で可視な励起光（赤、緑、青）を発する
。

第２図において２１及び２２はガラス製の２枚の基板を
表わし、紫外線及び可視光に対して透明である。基板は
シール２３により周囲に沿って結合している。キャビテ
ィ２４は液状セル媒体２５で満たされ、媒体は次の組成
を有する＝ （１）次式の二色性着色剤３重量％ （２）次式のキラル物質０．５重景％ （３）次式で示す物質の混合物を含有する液晶材料上記
混合物はメツサス・メルク（Ｍｅｓｓｒｓ、　Ｍｅｒｃ
ｋ）よりＺＬ１１１３２として市販されている。

基板２１は、セル媒体２５に面する側に例えば斜方向蒸
着したＳｉＯからなる配向層２７で被覆したインジウム
・スズ酸化物で作られたトラック状の透明電極２６を有
する。基板２１の他側には偏光子２８を備える。紫外線
３０を発するランプ２９を、基板２１に平行に配置する
。セル媒体２５から出発して、基板２２（表示セルの観
測側）に、ＳｉＯ配向層３１、電極２６と３２が一緒に
スイッチングノードのマトリックスを形成するように電
極２６と直交するトラック状透明電極３２、干渉フィル
ター３３および赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の燐光物
質領域の層３４を連続して設ける。

第２図に示すカラー表示セルの作動の際に、表示するカ
ラー画像に応じた電圧パターンを電極に印加する。ラン
プ側で偏光子２８を透過した際直線偏光された紫外線３
０にセルを露光する。偏光した光は次に電極２６、配向
ＩＷ２７およびセル媒体２５を透過し、セル媒体におい
て、非励起なスイッチングノード間に配置される位置で
光は吸収される。励起したスイッチングノード間にある
セル媒体の部分では直線偏光した紫外線の吸収は全く起
こらない。伝達された光は引き続き、配向［３１、電極
３２および干渉フィルター３３を透過し、しかる後層３
４の燐光体ドツト上に入射する。燐光体ドツトの励起光
は全方向に拡散される。干渉フィルター３３の方向に拡
散された光は反射しこれにより観測側の光信号（赤、緑
又は青）の輝度を増加する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例のカラー表示セルの断面図、 第２図は本発明の他の例のカラー表示セルの断面図であ
る。 １、　２．２１．２２・・・基板　３．２３・・・シー
ル４・・・スペース　　　　　５．２５・・・セル媒体
６．７．２６・・・電極　　　８・・・配向層９・・・
燐光物質の層　　　１０・・・高圧水銀ランプ１１・・
・紫外線　　　　　　２４・・・キャビティ２７・・・
配向層　　　　　　２８・・・偏光子２９・・・ランプ
　　　　　　３ｏ・・・紫外線３１・・・ＳｉＯ配向層
　　　　３２・・・トラック状透明電極３３・・・干渉
フィルター 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファプリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向する面に電極を具備し、シールによって周囲に
   沿って相互に結合された２枚の空間的に離隔した透明平
   行基板を備え、該平行基板が、セルにおいて１８０〜３
   ６０°のねじれ（ディレクタの回転）を有する液晶セル
   媒体を満たしたスペースを画成する液晶カラー表示セル
   において、２枚の透明基板のうちの１枚が、紫外線の影
   響下で着色光を発する燐光物質で被覆され、セル媒体が
   二色性の紫外線吸収物質を含有し、セルが最大限１個の
   偏光子を備えたことを特徴とする液晶カラー表示セル。 ２、セル媒体中に、約３６０〜３７０ｎｍの波長を有す
   る紫外線を吸収する二色性物質を含有することを特徴と
   する請求項１記載の液晶カラー表示セル。 ３、セル媒体が液晶化合物及び二色性紫外線吸収物質を
   含有することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶カ
   ラー表示セル。 ４、セル媒体中に液晶材料を含有し、該液晶材料自体が
   二色性で且つ紫外線を吸収することを特徴とする請求項
   １又は２記載の液晶カラー表示セル。 ５、燐光物質をセル媒体に対面する基板の内壁に被着し
   たことを特徴とする請求項１記載の液晶カラー表示セル
   。 ６、燐光物質を被着した基板に干渉フィルターを取りつ
   け、該干渉フィルターは電極と燐光物質の間に配置し、
   紫外線を透過し且つ燐光物質から生じた励起光を反射す
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶カラー表示セル
   。 ７、表示する画像に応じてセル媒体の各側に位置する電
   極に電圧を印加してセルを、透明基板を介して紫外線に
   露光し、励起されていない電極の間に位置するセル媒体
   の部分で紫外線を吸収し、一方、セル媒体の各側に配置
   した電極が励起されているセル媒体の部分では紫外線光
   が透過し、或いは逆に言えば透過した紫外線が他方の基
   板上にある燐光体ドットを励起し、その際着色光ビーム
   を発することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つ
   の項に記載の液晶カラー表示セルを使用するカラー画像
   表示方法。