JPH0467169B2 - - Google Patents

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JPH0467169B2
JPH0467169B2 JP54084054A JP8405479A JPH0467169B2 JP H0467169 B2 JPH0467169 B2 JP H0467169B2 JP 54084054 A JP54084054 A JP 54084054A JP 8405479 A JP8405479 A JP 8405479A JP H0467169 B2 JPH0467169 B2 JP H0467169B2
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13725Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on guest-host interaction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K19/04Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば“ジヤーナル・オブ・アプラ
イド・フイズイツクス(J.Appl.Phys.)”、第45
巻、No.11、1974年11月、第4718〜4723頁に記載の
“ゲスト−ホスト効果(Gest−Wirt−Prinzip)”
による液晶表示装置に関し、この場合液晶混合物
を含有するセル板の内側には、隣接する液晶分子
がホメオトロピツクに配列され、すなわち板表面
に対してほぼ垂直方向に整列する表面構造が設け
られている(上記文献、第4722頁、第2b図)。
ゲスト−ホスト効果による従来公知の液晶素子
装置は、現在主に用いられるネマチツク回転セル
に比して該装置が偏光子なしに内部反射板で動作
しうるという重要な利点を有する。しかし、公知
のゲスト−ホスト液晶素子装置では適度に暗いま
たは有色の背景に明るい数字を表示することがで
きるにすぎず、これによつて読み取りが困難にな
る欠点を有する。
このような表示装置を用いて明るい背景に暗色
の数字をネマチツク回転セルのように表示する研
究は、これまで極めて複雑なかつエネルギーを多
く要する解決だけしか得られなかつたので、実際
には受入れられなかつた。
本発明の課題は、前記した種類の液晶表示装置
を、これが無電界範囲内で透明でありかつ電気的
に制御された範囲内で吸光性であり、生産し易い
方法、良好なコントラスト及び僅かなエネルギー
消費で動作するように形成することである。
この課題は、ネマチツク液晶が負の誘電的異方
性を有し、光学活性の特にコレステリツク物質の
含有量が電極3,4間の電圧の不在下に液晶混合
物5中で自然にらせん形成を生じる量よりも小さ
いことによつて解決される。
本発明による液晶表示装置は公知のゲスト−ホ
スト表示装置の利点を兼備し、すなわち読み取り
が角度に関係せず、視差を示さず、偏光子がな
く、明るい背景を有し、それ故ネマチツク回転セ
ルが暗色の記号(数字)を明るい背景に表示す
る。
次に、本発明を図面に記載した実施例につき詳
説する。
図示のセルは、前板1及び後板2ならびにスペ
ーサ12によつて形成される。セルは密閉され、
その内部には液晶混合物5を含有する。板1及び
2には層状電極として前電極3及び後電極4が被
覆されている。板1,2の内側には電極層3,4
を被つてそれぞれ配列層7が被覆され、この層は
隣接する液晶混合物に対して液晶分子をホメオト
ロピツクに配列するような表面構造を生じる。少
なくとも前板1、前電極3及び配列層7は透明で
あり、したがつて光源10からの光を透過するこ
とができる。
後電極4は後板2全体を被覆するように示され
るけれど、前電極3はセグメントを表わす。電圧
源9により交流電圧を電極3及び4間に印加する
と、前電極3のハツチ部分の下方の液晶混合物5
中に電界が生じ、液晶混合物5の他の範囲には電
界が生じない。
ところで、本発明によれば、多色性色素分子6
に対するホストを形成する液晶混合物5は、負の
誘電的異方性Δεを有するネマチツク液晶と光学
活性の、特にコレステリツク物質とから成り、液
晶混合物5に対するこの物質含有量は無電界の場
合に自発的にらせんを形成する量よりも小さい。
ネマチツク液晶は、できるだけ大きい負の誘電
的異方性を有しなければならない。従つて、Δε
=−5.5のα−シアノスチルベン、例えばp−ア
セトキシ−p′−ヘキシルオキシ−α−シアノ−ト
ランス−スチルベン(Phys.Lett.第44A巻、No.
4、1973年6月18日、第277頁参照)を使用する
のが有利である。しかし、芳香族エステル混合
物、例えばメルク社(E.Merck AG,
Darmstadt(BRD))から表示番号9Aで供給さ
れるΔε=−0.5のネマチツク液晶も、さらに使用
可能である。
光学活性物質は、できるだけ分子の長軸と平行
の双極子モーメントを有しないように選択され
る。すなわち、分子の長軸と平行の双極子モーメ
ントはネマチツク液晶の負の誘導的異方性を低下
するからである。光学活性のコレステリルエステ
ル、例えばコレステリルベンゾエートを使用する
のが有利である。それというのも、この物質は大
きい旋光能を有しているからである。
ホストとしての液晶混合物には、可視波長範囲
内のネマチツクホスト中でできるだけ大きい多色
性比(直線偏光の振動方向に関する分子の垂直及
び平行位置における光学的密度の比)を有する染
料、有利にビー・デイー・エイツチ・ケミカルズ
社(BDH Chemicals Ltd.Broom Rd,poole
BH 124 NN,England)から供給される多色性
アントラキノン染料D37がゲストとして添加さ
れている。この染料は、メルク社(E.Merck
AG)製のネマチツク液晶9A中で約5.3の多色性
比を有している。
配列層7としては、アルコキシシラン層、例え
ばダウ・コーニング・インターナシヨナル・リミ
テツド社(Dow Cornig International Ltd.
Bru¨ssel(Belgien))から表示番号XZ2−2300で供
給される“DM OAP”を、“アプライド・フイ
ズイツクス・レターズ(Appl.Phys.Letters)”、
第22巻、No.8、第386〜388頁又は米国特許第
3854793号明細書に記載の方法で被覆するのが有
利である。
無電界の状態では液晶混合物5中に自発的らせ
ん形成が生じないように、重量%で測定された光
学活性物質の濃度は、ネマチツク液晶、光学活性
物質及び添加染料から成る液晶混合物中で臨界濃
度: C0=A/d よりも大きくてはならない。
この場合、dはμmで測定されたセルの厚さ
で、板1及び2の内面間の垂直距離である。Aは
光学活性の、特にコレステリツク物質の種類に依
存する定数である。コレステリルベンゾエートの
場合、Aは11.0である。
この式は特にメルク(Merk)9A中のコレス
テリルベンゾエートに妥当である。染料D37及
びセルの厚さd=6.3μmによつて液晶混合物の次
の組成が得られる: メルク(Merck)9A 96.24重量% コレステリルベンゾエート 1.42重量% D37 2.34重量% 無電界状態でなおも自然のらせん形成が生じな
い、ネマチツク液晶中の光学活性物質の臨界量測
定は、“ベリヒテ・デル・ブンゼン−ゲゼルシヤ
フト(Berichte der Busen−Gesellschaft)”、第
78巻、No.9、1974年の殊に第884頁、第1図及び
第2図の記載によつて実施することもできる:こ
れに記載の測定装置では、ネマチツク液晶中の光
学活性物質の含有量は、ホメオトロピツク構造か
ららせん構造への転移が行なわれる臨界層厚d0
セルの厚さdと同一であるように選択しなければ
ならない。平行平面ガラス板と平凸レンズとの表
面には、この方法の場合実際の動作に対して設け
られた液晶セルと同様の配列層が備えられてい
る。
液晶混合物に対する光学活性物質の含有量は、
一般にできるだけ臨界濃度C0付近が選択される。
それというのも、著しく小さい含有量ではコント
ラストが低下するからである。更に、一般により
高い接続電圧が必要とされるが、このことは技術
的に不都合なことである。
第1図には、例えばガラスからなる後板2が、
例えば西ドイツ国特許公開公報第2629765号の記
載と同様に、電極層4の上方及び配列層7の下方
にアルミニウム顔料からなる内部反射板8を備え
る。反射板8は液晶混合物5を透過する光を反射
する。反射光は、観察者11によつて知覚され
る。
ところで、液晶混合物5と色素6とからなる前
記組成の全液晶混合物により第1図に示した状態
が得られる:電極3のハツチ部分の下方の範囲以
外の無電界範囲内では、全液晶混合物はホメオト
ロピツクの配列を有し、制御によつて電界が存在
する電極3のハツチ部分の下方では、捩れた均一
ないしは平面的コレステリツク構造が生ずる。ホ
メオトロピツクの範囲内では、色素分子はその長
軸が入射光と平行であり、したがつて吸収は最小
である。これとは異なり、コレステリツク範囲内
では最高の吸収を生じる。
コレステリツク範囲は、さらに第2図に略示さ
れている。
本発明による液晶セルは、例えば2KHz及び
10Veff未満の動作電圧で動作することができる。
本発明は、一方でコレステリツク分の添加にも
拘らず、板1,2の適当な表面構造のもとに液晶
混合物5に分子のホメオトロピツク配列及びそれ
に伴なう最小吸収が生じ、他方でこの配列がネマ
チツク液晶の負の誘電的異方性の利用下に電圧を
印加することによつて最高に吸収する均一なコレ
ステリツク配列に転換されることが可能であるこ
との認識に基づく。ネマチツク液晶の負の誘電的
異方性に関する値が大きい程、有利に制御電圧は
低くすることができる。
無電界状態中でホメオトロピツク配列をなおも
生じるコレステリツク物質の臨界濃度C0におい
て、制御する場合に液晶混合物5中に(第2図に
記載したように)セルの厚さdにわたつて約360°
に捩れを有する均一な平面構造を達成することが
できる。このことは、入射光の全ての振動方向に
強い吸収を生じるために十分である。前記状態
は、例えばセルの厚さdのら線のピツチpに相当
する。
液相混合物5は、大きい負の誘電的異方性によ
つてなおできるだけ小さい光学的復屈折率Δnを
有しなければならない。それというのも、得られ
るコントラストΔnの増大とともに低下するから
である。ネマチツク液晶メルク(Merck)9A
はΔn=+0.15を有するが、Δn=+0.08を有する
液晶も公知である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明により形成されたゲストホス
ト効果による液晶表示セルの横断面図であり、第
2図は、本発明によるセル中の液晶混合物の電界
下での捩れを示す略図である。 1,2……セル板、3,4……電極、5……液
晶混合物、6……色素、7……配列層、8……反
射板、9……電源、10……光源、11……観察
者、d……セルの厚さ、p……ピツチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 その内側には層状電極3,4が被覆されかつ
    その外側には偏光子を有しない2つの平行な板
    1,2がセルを形成し、この板の間に液晶混合物
    5が配置され、この混合物は大部分がネマチツク
    液晶から及び残分が光学活性物質、とくにコレス
    テリツク物質から成り、かつ多色性色素6の添加
    剤を有し、板の内側に隣接する液晶混合物5中に
    ホメオトロピツク配列を生じる表面構造が設けら
    れている液晶素子装置において、ネマチツク液晶
    が負の誘電的異方性を有し、光学活性の、特にコ
    レステリツク物質の含有量が電極3,4間の電圧
    を印加しない場合に液晶混合物5中で自発的にら
    せんを形成する量よりも小さいことを特徴とす
    る、液晶表示装置。 2 ネマチツク液晶及び光学活性物質及び色素か
    らなる液晶混合物の光学活性特にコレステリツク
    物質の重量%濃度が臨界濃度C0=A/d以下である 〔この場合dはセルの厚さで、板1,2間のμm
    で測定した垂直距離と同一であり、Aは光学活性
    の、特にコレステリツク物質の種類に応じた定数
    である。〕特許請求の範囲第1項記載の液晶表示
    装置。 3 光学活性物質がコレステリルエステル、特に
    コレステリルベンゾエートであり、コレステリル
    ベンゾエートの場合には定数Aが11である、特
    許請求の範囲第1項又は第2項に記載の液晶表示
    装置。 4 ネマチツク液晶が芳香族エステル混合物又は
    α−シアノスチルベンである、特許請求の範囲第
    1項記載の液晶表示装置。 5 多色性色素がアントラキノン染料である、特
    許請求の範囲第1項記載の液晶表示装置。 6 ホメオトロピツク配列を生じる表面構造を得
    る目的でセル板1,2の内側がアルコキシシラン
    層で被覆されている、特許請求の範囲第1項記載
    の液晶表示装置。 7 ネマチツク液晶の誘電的異方性に関する測定
    値|Δε|が0.5よりも大きい、特許請求の範囲第
    1項記載の液晶表示装置。 8 セルの制御電圧の実効値が最高10Vである、
    特許請求の範囲第2項記載の液晶表示装置。 9 光学活性特にコレステリツク物質の含有量
    が、電極3,4間に制御電圧を印加した場合にお
    いて液晶混合物の分子がセルの厚さdにわたつて
    少なくとも360°捩れる量である、特許請求の範囲
    第1項記載の液晶表示装置。 10 捩れのピツチpが最大でセルの厚さdと同
    一である、特許請求の範囲第9項記載の液晶表示
    装置。
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GB (1) GB2025648B (ja)
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NL (1) NL191470C (ja)

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