JP2001013490A - 多層型二極性光変調シート - Google Patents

多層型二極性光変調シート

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JP2001013490A
JP2001013490A JP2000166991A JP2000166991A JP2001013490A JP 2001013490 A JP2001013490 A JP 2001013490A JP 2000166991 A JP2000166991 A JP 2000166991A JP 2000166991 A JP2000166991 A JP 2000166991A JP 2001013490 A JP2001013490 A JP 2001013490A
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light modulating
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Stanley Ward Stephenson
ワード ステフェンソン スタンレイ
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Eastman Kodak Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の異なる光学的機構を利用した、反射性
の高い表示装置を提供する。 【解決手段】 多層型二極性光変調シートは、透明な基
板３０と、この基板３０上に形成された透明な導電性層
３２と、複数の光変調電気的反応層３４，３６とを含
む。前記複数の光変調電気的反応層の各層は、第１の光
反射状態と第２の光透過状態とに制御可能なコレステリ
ック液晶物質が分散したポリマーで形成され、前記透明
な導電性層上の少なくとも一部に設けられている。ま
た、複数の光変調電気的反応層３４，３６の各層は、異
なる印加電界に応じて光を透過又は反射できる異なる状
態で作用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、選択的に光を透過
又は反射できるイメージディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術及びその発明が解決しようとする課題】関
連出願として、本願と同一出願人による以下の出願を参
照する。米国特許出願０８／９６１，０５６号（出願
日：１９９７年１０月３０日、発明の名称："Single Sh
eet Display Having Patternable Conductive Trace
s"、発明者：Stanley W. Stephenson）、米国特許出願
０８／９９０，８９１号（出願日：１９９７年１２月１
５日、発明の名称："Method of Producing a Display H
aving Patternable Conductive Traces"、発明者：Stan
ley W. Stephenson）、米国特許出願０８／９９０，８
５３号（出願日：１９９７年１２月１５日、発明の名
称："A Sheet Having Patternable Conductive Traces
for Use in a Display"、発明者：Stanley W. Stephens
on）、米国特許出願０９／０２７，３２１号（出願日：
１９９８年２月２０日、発明の名称："Selectively Pre
senting Viewable and Conductive Images"、発明者：S
tanley W. Stephenson）、米国特許出願０９／０４５，
０１６号（出願日：１９９８年３月２０日、発明の名
称："Display Having Viewable and Conductive Images
"、発明者：Stanley W. Stephenson）、及び米国特許
出願０９／１４６，６５６号（出願日：１９９８年９月
９日、発明の名称："Reflective Sheet Display With L
aser Patternable Coating"、発明者：Stanley W. Step
henson）。
【０００３】一般に、情報の表示は、恒久的なインクで
記載された用紙の集合体を用いて、あるいは陰極線管
（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの電子的
に変調された表面上の表示で行われる。また、切符の発
行情報や金融情報を保有する、電磁的に書き込みが可能
な領域を有するシート材料もあるが、磁気的に書き込ま
れたこれらのデータは目で見ることができない。
【０００４】ＰＣＴ／ＷＯ９７／０４３９８（発明の名
称："Electronic Book With Multiple Display Page
s”）は、薄型の電子的書き込みディスプレイ技術を詳
細に開示している。同特許に開示される構造は、「本」
にまとめられた多数のディスプレイシートの集合体であ
り、各シートは、各ページを個別にアドレス指定するた
めの手段を備える。上記特許には、電子的書き込みを有
する薄いページを形成する従来技術が開示され、各ペー
ジは、可撓性シート、双安定性液晶システムから形成さ
れた画像変調物質、及び薄型金属導電ラインを含む。フ
ォトリソグラフィーを含む、前記導電ライン生成のため
の種々の方法が開示されているが、写真乳剤からのトレ
ースの選択的な露出及び写真現像についての開示はな
い。この構造の１つの問題として、個々のページがまと
められているため、本の背を相互に結合するために多層
の導電層がこれらのページを通過する必要がある。
【０００５】米国特許第４，４３５，０４７号には、可
撓性のある電子書き込みディスプレイシートの形成方法
が開示されている。第１のシートは透明なＩＴＯ導電領
域を有し、第２のシートの表示領域には導電性インクが
プリントされている。これらのシートはガラスでもよい
が、実際にはマイラーポリエステルで形成されている。
結合剤（binder）中に分散した液晶物質が前記第１のシ
ートに塗布され、第２のシートがこの液晶物質に接着さ
れる。対向する導電性領域に印加される電位が液晶物質
に作用して、表示領域を露出する。電位の非印加時には
ディスプレイは画像を表示しない。
【０００６】米国特許第５，４３７，８１１号には、液
晶と、キラルネマティック液晶を有するポリマとを含む
光変調セルが開示されている。キラルネマティック液晶
は、特定の可視光波長を反射する平面状態と、光を拡散
する焦点円錐状態（focal-conic state）とに駆動され
る特性を有する。この構造によれば、電界が存在しなく
ても所与の一方の状態を維持することができる。
【０００７】従来技術の多くが、ディスプレイの導電体
を形成するために多数の個別層を必要とする。電気的ト
レース及び透明導電層は、通常基板上に物質の真空蒸着
とフォトリソグラフィを繰り返して形成される。これら
の処理は高価であり、高コストの装置に長い処理時間を
要する。
【０００８】米国特許第５，２２３，９５９号には、そ
れぞれが赤、緑、青の異なる色素物質を有する、複数の
ポリマ分散液晶物質（polymer dispersed liquid cryst
al material）が開示されている。共通電極に印加され
る異なる電気信号が各物質に作用して、異なる色の各液
晶物質の状態を制御する。この特許では、光を吸収する
ために、色素を有する従来のネマティック液晶を使用し
なければならない。これが化学的に処理され、透明又は
光吸収状態のいずれかにおいて安定する。この発明に
は、さらに、電気信号に対して応答時間が異なる物質が
必要である。また、人間の目で補色を認識できるように
装置は継続的に駆動しなければならない。このような構
造では、物質自体が状態を維持しないために、継続的な
高速の電気的な駆動を必要とするという問題がある。物
質は、中間色濃度を得るために駆動が必要である。
【０００９】電子的な表示手段の場合には、イメージ表
示のために電力の供給が必要である。また、プリントシ
ートはインクが供給されると書き直しができない。クレ
ジットカードの裏面の電磁領域など、電磁的に書き込ま
れた媒体の場合には、書き込まれた情報を読むことがで
きない。
【００１０】したがって、本発明の目的は、色素を使用
せず、異なる光学的機構を活用する表示装置を提供する
ことである。
【００１１】本発明の別の目的は、零電界状態（zero-f
ield condition）において安定する連続的なフルカラー
イメージを提供できるカラーディスプレイを提供するこ
とである。
【００１２】本発明のさらに別の目的は、電子的な手段
を用いて再書き込みができるディスプレイを供給するこ
とである。
【００１３】本発明のさらに別の目的は、複数の液晶化
学性質（liquid crystal chemistries）に作用する単一
の電界を用いて、ディスプレイの光学的特性を向上する
ことである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、（ａ）透明
な基板と、（ｂ）前記基板上に形成された透明な導電性
層と、（ｃ）複数の光変調電気的反応層であって、各層
が第１の光反射状態と第２の光透過状態とに制御可能な
コレステリック液晶物質が分散したポリマーで形成さ
れ、前記透明な導電性層上の少なくとも一部に設けら
れ、かつ各層は異なる印加電界に応じて光を透過又は反
射できる異なる状態で作用する、複数の光変調電気的反
応層と、を含む多層型二極性光変調シートによって達成
される。
【００１５】本発明によるディスプレイは、再書き込み
可能なイメージディスプレイシートを提供すべく使用で
きる。本発明は、少なくとも２つの状態、すなわち反射
状態と透過状態とにおいて効果的なコレステリック液晶
物質から成る複数の層を使用する。本発明によれば、反
射効果の高い光変調電気的反応シートを使用できる。ま
た、本発明によれば、前記シートは、電気的に駆動で
き、高い光反射性を備えることができる。シートは、安
価で効率の良い写真コーティング方法を使用して形成で
きる。体積の大きい単一のシート材料をコーティングす
ることにより、各種のシート及びカードを形成すること
ができる。本発明によるシート状のディスプレイは、安
価かつ単純で、低コストの工程により製造される。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明に用いられるシート
１０の断面図である。シート１０は、基板３０を含む。
基板３０は、ポリエステルプラスチックで形成されるKo
dak Estarフィルムベースなどの透明な重合物質で生成
でき、２０から２００ミクロン（μｍ）の厚みを有す
る。例えば、基板３０は厚さ８０μｍのポリエステルシ
ートであるが、透明ポリカーボネートなどの他のポリマ
を使用することもできる。光学的に透明で、電気的導電
性を持つ層３２が基板３０上に形成される。この透明な
導電性層３２は、好ましい材料であるインジウムスズ酸
化物（ＩＴＯ）により形成できる。通常、透明導電層３
２は、平方あたり（per square）２５０オーム以下の
抵抗を有するべく基板３０上にスパッタリングされる。
【００１７】この透明導電層３２上には、重合分散（po
lymeric dispersed）液晶物質から成る複数のコーティ
ングが形成される。液晶物質は、コレステリック液晶と
しても知られる、キラルドープ型ネマティック液晶（ch
iral doped nematic liquidcrystals）である。これら
のタイプの液晶分子は第１の平面構造に配向し、分子の
キラリティ（chirality）は可視光の波長を反射すべく
設定される。これらの液晶は、選択されたポリマ中に分
散させることが可能である。
【００１８】図４及び図５には、コレステリック液晶の
２つの状態が示されている。図４において、分子は平面
液晶１２となるべく配向している。ゼロ電位に切り換え
られた高電圧が分子をこの形状に配向させる。入射光１
６は、それぞれ右偏（right-handed）または左偏（left
-handed）のいずれかの極性を有する、赤、緑、青の光
部分から構成することができる。分子のピッチは、所与
の色と極性とを有する光から構成される反射光１８のブ
ラッグ回析が形成されるように、調節が可能である。
【００１９】低電圧電界の印加により、キラルネマティ
ック液晶物質は、図５に示される焦点円錐液晶として知
られる傾斜セルに分裂する。この低電圧電界により、コ
レステリック物質の分子は、漸進的に（progressivel
y）に透明状態へと駆動される。入射光１６に対向する
１側面には光吸収材２０を設けることができる。この結
果、コレステリック物質が平面状態から完全に焦点円錐
状態に変化する際に、ユーザには緑の光が黒に変わるの
が見える。この光透過状態への転移は漸進的なので、低
電圧の印加時間を変えることにより、反射のレベルを変
えることができる。このような可変レベルは、対応する
グレイレベルにマッピングすることができ、電界が除去
されると、コレステリック液晶は無限に所与の光学状態
を維持する。この状態については、米国特許第５，４３
７，８１１号にさらに詳しく記載されている。
【００２０】光吸収材２０が使用されない場合には、コ
レステリック物質が透過光のフィルタとして機能し、入
射光１６から所与の光波長を除去して残りの光のみを透
過させる。光吸収材２０を設けないシート１０を複数積
層すればフルカラーディスプレイを形成することができ
る。かかる構造、及びコレステリック液晶にグレイレベ
ルを生成する別の方法が、ハシモト他による、"Reflect
ive Color Display Using Cholesteric Liquid Crystal
s”, SID 98 Digest, Article 31.1, 1998. pp.897-900
に開示されている。
【００２１】前記論文において、第１の高電圧パルスを
印加することにより全画素の状態が戻され（clear）、
第２のより低い電圧パルスを印加すると液晶分子は焦点
円錐光拡散モードになる。第３の中間電圧パルスは、そ
の印加時間に応じて、異なる反射性レベルに液晶物質を
戻す。
【００２２】キラルネマティック物質が、二色性色素を
含む非ドープ型ネマティック結晶に優る点は、ドープ型
キラルネマティック物質が、駆動電界を印加せずに反射
状態と透明状態の所与の状態を維持できる点である。し
かしながら、単一層形状では、これらの物質は単一の極
性を有する光にしか作用しない。再び図１を参照して説
明する。透明な導電性物質３２上に、重合結合剤中に分
散した左偏コレステリック物質３４を塗布する。左偏ピ
ッチが約５５０ナノメートルの波長を有する光を反射す
べく調整され、左偏コレステリック物質層３４は右偏光
を有する緑の光を反射する。
【００２３】本発明によれば、ポリマ分散右偏コレステ
リック物質による第２のコーティング３６を、このポリ
マ分散左偏コレステリック層３４上にさらに設けること
によりシート１０の光反射性を高めている。各層が重合
的に分散してるため、別々の極反射性を有する複数の層
を、共通の駆動電界を共有する単一の多層コーティング
として形成することができる。このような複数コーティ
ング構造は、同じ厚さで単一極性の物質による単一コー
ティング構造に比べて、より高い反射性を持つ。
【００２４】左偏コレステリック物質３４及び右偏コレ
ステリック物質３６は、ＵＶ硬化可能なポリマ、エポキ
シ樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）または本発明
においては消イオン写真材料（de-ionized photographi
c）などの重合結合剤中に分散されている。結合剤の容
量は５％から３０％のあいだに設定できる。ゼラチン及
びＰＶＡなどの成分は、写真フィルムに関連する装置に
機械コーティングが可能である。ここで、結合剤のイオ
ン含有量が低いことが重要である。結合剤にイオンが存
在すると、分散液晶物質中の電界の発生を妨げる。ゼラ
チンのイオン容量を機能的なレベルに低減するために消
イオン写真ゼラチンが要求される。結合剤中のイオン
は、電界の印加によって移動自在になり、左偏コレステ
リック物質３４及び右偏コレステリック物質３６に化学
的ダメージを与える。
【００２５】図２において、第２の導電性コーティング
４０が右偏コレステリック物質層３６上に形成されてい
る。一般的に使用される他の物質及び方法を用いて、第
２の導電性コーティング４０に真空蒸着コートを供給す
ることができる。真空環境においては、アルミニウム、
スズ、銀、白金、炭素、タングステン、モリブデン、ス
ズ又はインジウムなどの物質が使用できる。これらの金
属酸化物を用いて、第２の導電性コーティング４０を暗
くすることができる。これらの金属材料は、抵抗加熱、
陰極アーク、電子ビーム、スパッタリング又は磁電管励
磁により得られるエネルギを用いて励起が可能である。
コーティングにスズ酸化物又はインジウムスズ酸化物
（ＩＴＯ）を用いることにより、透明な第２の導電性コ
ーティング４０をコーティングとして提供できる。ＩＴ
Ｏコーティングは、抵抗が平方あたり２５０オーム以下
で光透過性の高い右偏コレステリック物質層３６上に生
成またはスパッタリングすることができる。あるいは、
感光性の（light sensitive）金属形成層を用いて第２
の導電性コーティング４０を生成してもよい。かかる金
属は、光パタンが形成され、凝集銀イオン（nucleated
silver ions）で現像されて光吸収導電層を生成するハ
ロゲン化銀でもよい。
【００２６】図３は、レーザ処理後のシート１０の断面
図である。導電性領域４２の有効なシート導電率は、平
方あたり２５０オーム以下である。導電性領域４２は、
２．０Ｄ以上の光学密度を有し、黒く見える。導電性コ
ーティング４０の非導電性領域４４に対応する領域の公
称導電性金属をイットリウムアルミニウムガーネット
（ＹＡＧ）レーザを用いて取り除くことにより非導電性
領域４４が形成される。非導電性領域４４は導電性領域
４２の範囲を決定する。非導電性領域４４は、通常、幅
約２から５μｍの間隙であり、これにより導電性領域が
互いに分離される。ＹＡＧレーザは、第２の導電性コー
ティング４０に、不透明及び透過材料コーティングいず
れのパタンも生成できる。
【００２７】透明導電性層３２は、左偏コレステリック
物質層３４及び右偏コレステリック物質層３６のいずれ
をも覆う連続的な電極を提供する。第２の導電性領域４
２及び透明導電性層３２に発生した電界は、左偏コレス
テリック層３４及び右偏コレステリック層３６のいずれ
にも作用し、導電性領域４２において選択的に光を反射
又は透過させることができる。
【００２８】図３において、入射光１６は、透明基板３
０及び透明導電性層３２を通過する。図においては、左
偏コレステリック層３４及び右偏コレステリック層３６
がいずれも、光を反射する平面状態に書き込みがされて
いる。入射光１６が左偏コレステリック物質３４を通過
すると、左偏光が、左偏反射光５２として左偏コレステ
リック物質３４から反射する。この左偏反射光５２を除
去した入射光１６は続いて右偏コレステリック物質３６
を通過し、このとき右偏光が右偏反射光５４として右偏
コレステリック物質３６から反射する。単一の極性を有
する同等の厚さを有するコレステリック物質の単一層に
よる反射光の強度に比べると、左偏反射光５２と右偏反
射光５４とを合成した場合の強度はかなり大きい。この
２層構造においては、導電性領域４２と透明導電性層３
２とで共通電界を共有する。これらのコレステリック物
質を十分に駆動して焦点円錐状態を得た場合には、全波
長の光がシート１０を通過する。導電性領域４２が吸収
性を有する場合、入射光１６は吸収光５６となる。
【００２９】ＥＭ産業物質（EM industries material）
ＢＬ−９４及びＢＬ−９５を消イオン写真ゼラチンを含
む溶液中に分散し、１から１０μｍの範囲の粒径を有す
る個々の領域（domain）を生成した。これら２つの物質
は、光反射の極性が相補的である点を除き化学的に同様
である。第１のシートは、ＩＴＯで被覆したマイラー基
板上に、除イオンゼラチンにＢＬ−９４を分散した厚さ
９μｍの層又はコーティングを設けて生成した。このと
きの第２の導電性コーティング４０は、白金酸化物をス
パッタリングした保護膜であった。
【００３０】一方、第２のシートは、除イオンゼラチン
中にＢＬ−９４及びＢＬ−９５をそれぞれ分散した、
４．５μｍの２つのコーティングを生成して、これらを
合成して厚さ９μｍのコーティングを形成した。なお、
第２の導電性コーティング４０は、この第２のシート上
に白金酸化物の保護膜をスパッタリングして生成した。
これら２つのシートを反射状態に書き込み、反射密度を
測定した。その結果、ＢＬ−９４を使用した９μｍのコ
ーティング（第１のシート）の反射密度は０．１２であ
った。一方、同様に厚さが９μｍの二層コーティング
（第２のシート）の反射密度は０．１６であった。この
ように、実験により、相反する反射極性を有する液晶が
分散したポリマの二重層において、反射性が向上してい
ることが示された。
【００３１】図６は、本発明によるシート１０の等角
（斜視）図である。第２の導電性コーティング４０は、
黒色の導電層であり、透明導電性層３２の第２のトレー
スの集合に直交する第１の方向においてシート１０を横
切ってストライプ状に設けられている。図７は図６に示
したシート１０の断面図であり、２つの導電性層のそれ
ぞれからの一対のトレースに印加される信号（ｅ１−ｅ
２）により、所与の画素６０への作用が可能になる。逆
の反射極性を有するコレステリック物質による２つの層
が、第２の導電性コーティング４０と透明な導電性層３
２とのあいだに設けられている。電界の印加により、反
射状態と透過状態とのあいだで画素６０の書き込みが可
能になる。透過モードにおいては、第２導電性コーティ
ング４０の光吸収特性により画素６０は黒く見える。極
性が互いに逆の反射コレステリック物質層により、極性
を一つのみ有する厚さの同じコレステリック層の同様の
画素における反射性に比べ、画素６０の輝度が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による、液晶の多層コーティングを有
するシートの断面図である。
【図２】 導電性保護膜(overcoat）を有する図６に示
すシートの断面図である。
【図３】 導電性保護膜にパタンを有する図７のシート
の断面図である。
【図４】 光を反射する平面状態にあるキラルネマティ
ック材料の光学的特性を示す図である。
【図５】 焦点円錐光拡散状態にあるキラルネマティッ
ク材料の光学的特性を示す図である。
【図６】 本発明によるシートの等角（斜視）図であ
る。
【図７】 図６のシートの側面断面図である。
【符号の説明】
１０ シート、１２ 平面状態の液晶、１３ 焦点円錐
状態の液晶、１６ 入射光、１８ 反射光、２０ 光吸
収材、３０ 基板、３２ 透明導電性基板、３４ 左偏
コレステリック層、３６ 右偏コレステリック層、４０
第２導電性コーティング、４２ 導電性領域、４４
非導電性領域、５２ 左偏反射光、５４右偏反射光、５
６ 吸収光、６０ 画素。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明な基板と、 前記基板上に形成された透明な導電性層と、 複数の光変調電気的反応層であって、各層が第１の光反
    射状態と第２の光透過状態とに制御可能なコレステリッ
    ク液晶物質が分散したポリマーで形成され、前記透明な
    導電性層上の少なくとも一部に設けられ、かつ各層は異
    なる印加電界に応じて光を透過又は反射できる異なる状
    態において作用する、複数の光変調電気的反応層と、 を含む、多層型二極性光変調シート。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の多層型二極性光変調シ
    ートにおいて、 前記光変調電気的反応層の少なくとも１つは、第１の極
    性の光を反射する状態を有し、 前記光変調電気的反応層の少なくとも１つは、前記第１
    の極性とは異なる極性の光を反射する状態を有する、 ことを特徴とする多層型二極性光変調シート。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の多層型二極性光変調シ
    ートにおいて、 前記光変調電気的反応層は、ゼラチン中に光変調物質を
    有する写真用ゼラチンを含むことを特徴とする多層型二
    極性光変調シート。
JP2000166991A 1999-06-04 2000-06-05 多層型二極性光変調シート Pending JP2001013490A (ja)

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