JPS58174485A - 液晶表示装置 - 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】 この発明は電界効果型の液晶表示装置に関する。液晶表
示装置は酸化錫又は酸化インジウムから成る透明電極の
間に液晶が置かれている表示装置である。この種の装置
は一つの電気化学セルを構成し、その電気光学的の表示
に対しては流体力学効果と電界効果が利用されている。

流体力学効果を利用する液晶表示装置例えば動的散乱セ
ルの場合セルに電流を流す必要がある。

この電流が流れるようにするため液晶にピクリン酸テト
ラプチノげンモニウムのような導電塩をカロえる。動的
散乱セルは一般に交流駆動である力；直流駆動も可能で
ある。

電界効果型液晶表示装置の特徴はその状態変化に電流の
通流を必要とせず電界を作用させるだけでよいことであ
る。しかしこの種の系例えばＴＮセル（トウイステッド
・ネマチック・セｌし、ネマチック回転セルとも呼ばれ
る）および色素セル（ゲスト・ホスト・セル）ではファ
ラデー電流を伴うことなく電界を保持するだめには交流
電圧による制御を必要とするという欠点がある。

電界効果型液晶表示装置を直流電圧又は低周波交流電圧
で駆動すると非可逆的の電気化学反応が液晶に発生して
表示装置の寿命を短縮するからネマチック回転セルおよ
び色素含有セルの応用分野が狭くなる＠ネマチック回転
セルの場合この電気化学反応は特に液晶の分解と重合し
て現われ、色素セルの場合は色素の酸化又は還元による
崩壊として現われる。

直流電圧分による電気化学反応を減小させて表示装置の
寿命を延長するためこの反応の原因となる電流をオーム
抵抗の増大によって減少させることが試みられた。しか
しそのためＫは極めて高純度の液晶が必要となり表１１
１ 水装置を著しく高価にする。この外にセルを対称交流で
制御することも既に試みられている。この場合交流の周
波数はセルを流れ全電流が電極の二重層容量に捕捉され
る程度に高く選ばれる。この方法の欠点は対称交流を使
用するだめ複雑な構成の回路が必要となることである。

更に電極に薄い絶縁層を設けることも電極反応の低減に
役立つことが確められだがこの方法も比較的複雑であり
高価となる。

この発明の目的は電界効果型表示装置を直流電圧による
駆動が可能となるように改良し、それによって簡単な構
成の表示装置を提供することである。

この目的は可逆的に酸化又は還元が可能であり、その酸
化又は還元が液晶又は電極の酸化および還元に必要な電
位値範囲内の電位において起る非イオノーゲン物質を０
．０１から２１重量％の範囲で液−晶に含ませることに
よって達成される。

この発明の要旨を苅や言葉で表現するとレドックス電位
（酸化還元型Ｑ″）が液晶又は電極の酸化による損傷を
受ける電位以下であり又液晶又は電極の還元による損傷
を受ける電位以上である添加物を使用するということで
ある。

直流駆動又は非対称交流制御の場合表示装置内では非可
逆電気化学過程が起り、一方の電極では酸化反応が、他
方の電極では還元反応が生ずる。

表示装置の寿命を短くするこれらの非可逆過程はこの発
明に従い可逆過程を導入し、酸化可能化合物又は還元可
能化合物を液晶に添加することによって避けることがで
きる。このような化合物としては例えば芳香族アミンお
よびニトロ化合物、キノンおよびヒドロキノン、アミノ
フェノール、テトラシアノエチレンおよびジブチルフェ
ロセンがあり、ニトロ化合物としては例えばジニトロベ
ンゼンが考えられ、キノンとしては例えばＯ−ベンゾキ
ノン、ジフェノキノン、αおよびβナフトキノンの外ア
ントラキノンが適している。これらの化合物は無色であ
るか僅か着色したもので色素の特性を持たないものでな
ければならない。

電界効果型表示装置の液晶に酸化又は還元可能の電子ド
ナー・アクセプタ錯体を添加することは既に提案されて
いる。しかしこの目的に適う錯体の種類は限定されてい
る上これらの錯体は常に構造の異る二種類の出発化合物
即ち電子ドナー化合物と電子アクセプタ錯体とを必要と
する。

液晶にただ一種類の化合物即ち酸化可能の化合物と還元
可能の化合物のいずれか一方だけを添加すれば充分であ
ることが示されたことは予想外のことであった。この場
合電子ドナー・アクセプタ錯体に対して欠けている成分
は電気化学反応によって表示装置の直流動作中に形成さ
れそれによってレドックス系が成立する。この成分は標
本として取り出すことができる。安定した物質ではなく
、例えばラジカルのように希薄溶液中にある時間だけ安
定な化合物であってもよい。ただしこの化合物に対して
も転換が起る電位範囲についての条件は適用される。

この発明の液晶表示装置に使用される添加物はその分子
構造が液晶に類似したものが有利である。

これはビフェニル系の液晶に比べてジフエノキノン知対
して特に該当する。この特性は液晶の秩序度にほとんど
影響しないという利点を持っている。

表示装置に添加される酸化又は還元可能の物質自体が液
晶特性を示し液晶として使用できるものであると特に有
利である。　゛　　。

判≠キ崗−４４−ｔｃ迄述べて来た利点特に電子ドナー
・アクセプタ特性を持つ液晶成分を添加するという提案
はこれＫよって実現される。

添加物および電気化学的転換よって作られた化合物の酸
化又は還元のだめの電位範囲は液晶の対応する電位範囲
内にあると有利である。添加物は更にイオノーゲン特性
を持たないものとし、それによって液晶の低い導電性が
上昇しないようにする。

この発明により表示装置に添加される物質の酸化又は還
元の電位範囲を準晶の電気化学的転換の電位範囲内に置
くという条件は種々の方法で満たすことができる。

添加物は特定の過電圧が印加されたとき液晶よＣ０が液
晶如対するよりもレドックス系に対して有利となるよう
に添加物を選ぶ。この場合転換速度は次式で与えられる
： １＝ｉ６θｅｘｐ（ｔ−ｅｏ２）　−ａｚＦ／ＲＴここ
で１：電流密度従って転換速度を表わすｉｏ：交換電流
密度 θ：添加物による電極表面の被覆率 ε：電極電位 εｏ′：電極・添加物間の静止電位 α：貫通係数 ２：電荷交換 Ｆ：ファラデ一定数 Ｒ：気体定数 Ｔ：＠度 上式から次のことが導か、れる： （１）転換速度ｉは交換電流密度１０に関係するから添
加物と口では電気化学的に転換容易なもの即ち反応速度
の早いものを使用する。これによって交換電流密度も大
きくなる。

（２）転換速度ｉを高くするためには被覆率θを大きく
することが必要で、添加物は電極に吸着されなければな
らない。しかし添加物の被覆率が高いと次式で与えられ
る液晶の電気化学転換が阻止されるか困難となる： １＝ｉｏ（１−θ）　ｅｘｐ（ｔ　−ｔ６ＬＣ）　−ａ
ｚＦ／ＲＴここでＣ６Ｌ０は電極液晶間の静止電位であ
る。

可逆的に酸化又は還元可能の液晶に添加物を加えること
により制御電圧とオーム抵抗で決められる電流が液晶の
電気化学反応即ち比可逆転換を惹き起こすことはない。

むしろ添加物は液晶の代りとなり可逆反応の原因となる
。従って添加物により電界効果型液晶表示装置例えばネ
マチック回転セルおよび色素セルの寿命を長くする。更
に従来使用されていた総てのネマチック液晶を使用する
ことができる。

この発明による電界効果型液晶表示装置は長寿命である
ばかりでなく直流電圧感受性も低い。通常表示装置は直
流分が極めて小さい矩形電圧で制御する必要があるがそ
のためにはそこに使用されている集積回路が高度のもの
でなければならない０しかしこの発明による表示装置で
は大きな直流分が許され、直流制御式の表示装置とする
ことも可能となる。

直流制御にすると制御に対して複雑な集積回路を必要と
しない簡単廉価な表示装置の構成が可能となる。その上
直流式表示装置は交流駆動の場合にも制御電圧の高度の
対称性を要求しない。従ってこの発明の液晶表示装置で
は従来の直流電圧分に関する厳密な条件をゆるくできる
。

直流表示装置の大きな長所は多重表示に使用されること
である。この種の表示には隣接セル間の漏話を防ぐため
液晶に急峻な動作特性曲線が要求されるが従来の液晶に
はこのような要求を満たしているものはない。この発明
による表示装置にこの点に関しても新らしい可能性を与
えるものである。

この発明の表示装置の更に別の利点は酸化又は還元可能
の物質の添加によシミ極も保護されることである。一般
に酸化インジウム又は酸化スズから成る電極は電気化学
作用によね還元されることがある。レドックス電位が電
極侵蝕電位範囲内にある化合物を添加することにより電
極が保護される。

実施例についてこの発明を更に詳細に説明する。

ピリミジン／ビフェニルをペースとするネマチック液晶
を使用する表示装置は不安定なコントラスト特性曲線を
示す。直流駆動の場合ディスプレイを流れる電流は液晶
の電気伝導度によって限定される。この電流は電極内で
は電子流であり液晶内ではイオン流である。この電流転
換は液晶と電極との境界面においての液晶の通過反応に
よるがこの反応は極めて緩慢でする。電流に対応する反
″、′ 応速度を達成するためには大きな過電圧が必要である。

・しかしこの過電圧は電極で偏極を惹き起しコントラス
ト特性曲線が高電圧側に移動する。

この表示装置に還元可能の物質例えば１．４−ジニトロ
ベンゼンを液晶に対して０．０１乃至０２重ｔ％だけ加
えるとコントラスト特性曲線が安定化される。この添加
物とそれによってセル内に形成する反応成生物の存在に
より電荷の貫通即ち電子流からイオン流への転換が起り
、液晶の緩慢な反応に代ってレドックス系の迅速な反応
が起る。この反応は高い過電圧を必要としない。従って
問題にする程の偏極は生せ゛す、フントラスト特性曲線
の移動も起らない。偏極が僅かであることにより高い過
電圧によって始めて転換される液晶の電気化学反応が阻
止される。

偏極を締め出し液晶の反応を避けることによって得られ
るコントラスト特性曲線の安定化は次の利点を持つ： （１）多重駆動の場合制御、電圧値はコントラスト特１ 性曲線の特定点の電圧値に一致させなければならないが
そのためには安定な特性曲線が必要となる。

＋２１　　既存の偏極は例えば濃度偏極の場合と同様に
電流の遮断後始めの中は一定でありその後ゆっくりと減
小する。この偏極はディスプレイの遮断即ち両電極の短
絡に際して望まれない制御を行なうことがある〇 （３）液晶が反応すると液晶の配向の乱れと電極の腐食
を惹き起す反応成生物ができる。酸化可能又は還元可能
の物質の添加によりこの種の反応が阻止される。

一例としてピリミジン・ビフェニル液晶を使用するディ
スプレイを５■の直流電圧で駆動すると１００乃至２０
０時間で既に茶かっ色着色を生ずる。これに対してこの
発明による液晶表示装置の場合例えば０．０５乃至０．
２重量％の一二トロベンゼン添加により極めて長時間に
亘ってこのような着色が生じない。更にこの発明による
表示装置の寿命はこれまでのものの１００時間に対して
約１３００時間となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）表示装置の液晶が、可逆的に酸化又は還元可能であ
   りその酸化又は還元がこの液晶又は電極の酸化および還
   元の電位範囲内にある電位範囲で起る非イオノーゲン物
   質を０．０１乃至１重量％添加されていることを特徴と
   する電界効果型液晶表示装置。 ２）　　添加物がジニトロベンゼンであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置。 ３）添加物がアントラキノンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置。 ４）添加物が分子構成の点で液晶に類似していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置。 ５）添加物が液晶特性を示すことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の液晶表示装置。