JPS6043880B2 - 螢光型液晶表示用組成物 - Google Patents

螢光型液晶表示用組成物

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JPS6043880B2
JPS6043880B2 JP10404077A JP10404077A JPS6043880B2 JP S6043880 B2 JPS6043880 B2 JP S6043880B2 JP 10404077 A JP10404077 A JP 10404077A JP 10404077 A JP10404077 A JP 10404077A JP S6043880 B2 JPS6043880 B2 JP S6043880B2
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light
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文明 船田
昌孝 松浦
富夫 和田
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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
提供するものてある。
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)、コレステリツクーネマチツク
相転移効果(PTM)等が一般的に周知できる。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
受動型表示の特徴て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.Larrab
eeにより提唱されている(RCA.sRev.■01
.34、P329、1973年)。
しかしながらR.D.l−1rrabeeは、彼の論文
の中で、室温でW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は、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ふ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
を示す表示装置の構成模式図てある。
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、フリットガラス、ポリマーシート等から成るシ
ート材料3を、また透明基板2とを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3をN..Au.Cr.Ag、等の反射材料又は
In2O3、SnO2、TiO2等の透明材料て形成し
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SiOlSlO2等のラピ
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は長軸方向の誘導体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、R,.乙之−ーーー/
1\(つ73ゝで表現される。
ここでRはノルマルアルキル基のC3H7−、C5Hl
l、C7Hl5一基を有する化合物を混合したものを採
用する。RがC3H7−の時の吸収スペクトルを第4図
に示す。即ち第4図はの濃度が1mg/100m1、層
厚1CTLで溶媒にシクロヘキサンを使用した時の波長
(横軸、単位Nm)と吸光度(縦軸)の関係を示すグラ
フである。
第4図より明らかな如くの強い光吸収は約250r1m
より短波長側にあり、近W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。
Rが他のものでも同様である。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。
濃厚、層厚、溶媒に関しては第4図と同様である。MB
BAでは350nTrL.より短波長で吸収が生じ、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、フロレツセイン、9●10−ジメチルアントラセン
、9●10−ジフエニルアントセン、ペリレン、フルオ
レン、パラークオタフエニール、ルブレンターフエニー
ル、2・5ージフェニールフラン、2●5ージフェニー
ルオキサゾール、2−フェニール、5一(4−ビフエニ
ールイル)−1・3・4ーオキサジアゾール、1●4−
ビス〔2−(5−フエニールオキサゾールイル)〕ベン
ゼン、サマロンブリリアントイエローH6GLlブリリ
アントフォトスフィン、プリムリン011●8−ジフェ
ニルー1・3・5・7−オクタテトラセン、アクリジン
イエロー、チオフラビンS1パイロニンGSlll2ベ
ンツペリレン等が使用されるが、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11は螢光種の長軸方向
の吸収スペクトルであり、12は短軸方向の吸収スペク
トルである。また13は液晶の長軸方向の吸収スペクト
ル鯵を示す。横軸は波長、縦軸は吸光度を表わす。第6
図の11の吸光度が略々極大値を呈する波長λ1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11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1。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種類の光学的ノ状
態を利用することにより本発明の表示方式が完成される
。即ち表示電極1及び背面電極5をそれぞれスイッチ1
1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、縦軸は吸収係数及ひ螢光強
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図及ひ第3図は、正の誘電異方性を
有する液晶を使用し、初期配向として水平配向(ネマチ
ツク相の場合ホモジニアス配向、コレステリツク相の場
合グランジアン配向)を利用したものであるが、負の誘
電異方性を有する液晶を使用し、初期配向として垂直配
向(ホメオトロピツク配向)を利用しても本発明を実施
することができる。
特にコレステリツク相を有する液晶の場合にはフォーカ
ルコニック配向でも可能である。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1図の表示装置はサンドイッチ電極構造の表示装置で
あるが第8図に示す表示装置はインターディジタル型電
極構造を採用したものである。
同一符号はそれぞれ第1図のものと対応する。透明基板
2、シール材料3、背面基板4で液晶充填用容器を構成
し、前述した液晶材料6及び螢光種8を充填する。背面
基板4の内面に1対の電極13を貼附する。電極13は
スイッチ11を介して交流電源12に接続されている。
液晶分子配向は正の誘電異方性の液晶を使用した場合は
初期配向として垂直配向を採用し、負の誘電異方性の液
晶を使用した場合は水平配向を採用する。またスイッチ
11の代りに周波数により誘電異方性が変化する液晶を
使用すれば、周波数変化により配向状態をスイッチング
することができる。これはサンドイッチ電極構造にも当
然に適用可能である。以上は誘電異方性による電界効果
を利用して螢光種8の配向状態を変換させた場合につい
て説明したが、螢光種8の配向変換は導電率の異方性を
利用しても実施できる。
この場合にはfくσ11/ε11εoとなる周波数fで
駆動する必要がある。ここでσ11は液晶分子長軸方向
の導電率であり、ε11は同方向の誘電率を示す。また
ε。は誘電定数である。上記実施例で説明した液晶材料
6は Iについて説明したがシ
クロヘキサン環を有する液晶物質であれば本発明に使用
することができる。
即ち 等があり、
R..R″は炭素数が3〜9までのアルキル基である。
尚、アルキル基はノルマル型に限らず、側鎖を有する光
学活性でもよい。これらの液晶物質は全て光吸収のピー
ク波長が210乃至234nmの範囲にあり、強い光吸
収が250r1TrLより短波長側にあつて近いw光は
吸収が少ないという条件を満たしている材料である。そ
の具体的な物質名と液晶温度範囲を次表に示す。次表に
於いて、TNOはネマティック相の結晶転移温度であり
、TNlはネマティック相の液体転移温温度である。上
表に掲げる物質の使用に際しては、単品の液晶としてで
はなく、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、、他の吸収端が短波長側にある化合物の
液晶、例えば等のシクロヘキサン環を有しない液晶物質
を組み合わせた混合液晶材料として用いても良い。
しかしこれらの混合量はシクロヘキサン環を有する液晶
の含有量が全体の70%以上のあるようにすることが必
要である。その理由はシクロヘキサン環を有する液晶物
質の含有量が全体の70%以下になるとこの液晶物質の
特徴の失なわれ、本発明の目的を充分に達成することが
できなくなるためである。次に本発明を特性面から説明
する。
第9図は第8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
値て示し、縦軸は螢光強度を表わす。使用液晶は合液晶
で、そのネマチツク液晶温度範囲は−3゜Cから51℃
の室温液晶である。
螢光種はサマロンブリリアントイエローH6GLで0.
02Wt%を液晶中に添加した。液晶層厚は10μm1
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50rr
L秒、立ち下がり時間が607T1.秒であつた。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
は上記以外は両電極部とも透明電狂、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(MBB
A)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8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
一種、9・・・・・・入射励起光、10・・・・・螢光
、11・・・・スイッチ、12・・・・・・交流電源、
13・・・・・・電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ネマチツク相またはコレステリツク相を有する液晶
    材料中に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、該電圧強度の変換により
    前記発色種の螢光を変調させ、表示を行なう螢光型液晶
    表示方式に於いて、前記液晶材料はシクロヘキサン還を
    含有する液晶物質を重量比で70%以上有していること
    を特徴とする螢光型液晶表示用組成物。 2 シクロヘキサン環を含有する液晶物質が▲数式、化
    学式、表等があります▼〔R:アルキル基で炭素数が3
    から9までの整数X:−CN、−R′、−OR′、▲数
    式、化学式、表等があります▼(R′はアルキル基で炭
    素数が3から9までの整数)〕の構造式で表現される特
    許請求の範囲第1項記載の螢光型液晶表示用組成物。 3 シクロヘキサン環を含有する液晶物質が▲数式、化
    学式、表等があります▼〔R:アルキル基で炭素数が3
    から9までの整数X:−CN、−R′、−OR′、▲数
    式、化学式、表等があります▼(R′はアルキル基で炭
    素数が3から9までの整数)〕の構造式で表現される特
    許請求の範囲第1項記載の螢光型液晶表示用組成物。
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