JP2001033828A - 様々な光変調層を有するシート - Google Patents

様々な光変調層を有するシート

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JP2001033828A
JP2001033828A JP2000184358A JP2000184358A JP2001033828A JP 2001033828 A JP2001033828 A JP 2001033828A JP 2000184358 A JP2000184358 A JP 2000184358A JP 2000184358 A JP2000184358 A JP 2000184358A JP 2001033828 A JP2001033828 A JP 2001033828A
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liquid crystal
conductive layer
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JP2000184358A
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Stanley W Stephenson
ダブリュ スティーヴンソン スタンリー
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Eastman Kodak Co
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Eastman Kodak Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、連続的な電気駆動を必要とせずに
透明状態を持続し得るネマチック液晶の散乱特性を利用
したシートを提供することを目的とする。 【解決手段】 透明基板、前記透明基板を覆うように形
成される透過性導電層を含む電気応答式光変調シート。
シートは更に光変調層に拡散された複数の電気応答式光
変調材料と、複数の光学的状態を含む光変調層を具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】共通に譲受されたStanley W. Stephenson
による「Display Having Viewableand Conductive Imag
es」なる名称の１９９８年３月２０日出願の米国特許出
願第０９／０４５０１６号と、Stephenson外による「Re
flective Sheet Display With Laser Patternable Coat
ing」なる名称の１９９８年９月３日出願の米国特許出
願第０９／１４６６５６号と、同日出願されたStanley
W. Stephensonによる「Multi-Layer Neutral Density S
heet With Memory Properties」なる名称の米国特許出
願第０９／３３７３１２号とを参照し、それらの開示内
容もここに組み入れられる。
【０００２】
【発明が属する技術分野】本発明は、光を選択的に透過
または反射するディスプレイとして使用することができ
るシートに関する。
【０００３】
【従来の技術】現在、情報は耐久性インクを保持する組
み付けられた紙のシートを使用して表示されるか、また
は陰極線ディスプレイや液晶ディスプレイのような電子
的に変調される面に表示される。他のシート材料は切符
発行または金融情報を載せるための磁気書込み可能領域
を持つことができるが、磁気記録データは可視ではな
い。
【０００４】「Electronic Book With Multiple Displa
y Pages」なる名称の国際特許出願第９７／０４３９８
号に、ある構造が開示されており、この開示は薄型の電
子書込みディスプレイ技術の完全な詳述である。「ブッ
ク」にまとめられる多数のディスプレイシートの組み付
けが開示されており、各シートは各ページを独立して処
理する手段を具備する。この特許では、フレキシブルシ
ート、双安定液晶システムからなる画像変調材料、及び
各ページの細い金属導体線を含む薄い電子書込みページ
を形成する先行技術が開示されている。
【０００５】フレキシブルな電子書込みディスプレイシ
ートの製作方法は米国特許第４４３５５０４７号に開示
されている。第１のシートは透明なインジウムスズ酸化
物（ITO）導電性領域を有し、第２のシートはディスプ
レイ領域に導電性インクを有する。シートはガラスの場
合もあるが、実際にはマイラー（Mylar）ポリエステル
で作られる。バインダ内の液晶材料が分散され第１のシ
ートをコーティングし、第２のシートが液晶材料に接合
される。対向する導電性領域に印加される電位は液晶材
料に作用し、ディスプレイ領域を露光する。ディスプレ
イはネマチック液晶材料を使用し、電圧が印加されなく
なると画像の表示を止める。
【０００６】米国特許第５２２３９５９号では、複数の
ポリマー分散液晶材料が開示され、それぞれ赤、緑また
は青の異なる色素材料を有する。共通電極への異なる電
気信号は、それぞれの液晶材料に作用し、各種の染色さ
れた液晶材料の状態を制御する。この特許は、光を吸収
するために従来のネマチック液晶を、色素と共に使用す
ることを要求する。小滴は、透過性状態か光が吸収され
る光吸状態のどちらかに安定するように、化学的に処理
される。シートは電気信号に対して異なる応答時間を有
する液晶材料を必要とする。この装置は、人間の眼が補
色を知覚するよう連続的に駆動していなければならな
い。この装置は、材料がそれらの状態を持続しないた
め、連続的な高速電気駆動を必要とする欠点がある。材
料は中間色濃度を得るために駆動されなくてはならな
い。
【０００７】米国特許第５４３７８１１号では、ポリマ
ーとして分散されたキラルネマチック液晶を有する光変
調セルが開示されている。キラルネマチック液晶は、特
定の可視光波長に反射するプレーナ状態と光を散乱する
フォーカルコニック状態の間を駆動する性質を有する。
この構造は電界が存在しなくても所与の状態のうちの一
つを持続することができる。
【０００８】米国特許第５８４７７９８号で開示されて
いる連続色調中間濃度ディスプレイは、反射状態と光吸
状態の間で駆動できる。このディスプレイは、単一のコ
レステリック材料を使用し、中間色を提供するために可
視光スペクトルの全域に一定の反射率を提供する。この
材料は、不可視スペクトルでは反射し、可視スペクトル
では透明に見える。このディスプレイは安定した光散乱
状態、つまり可視スペクトル内で均一に分散している状
態でも駆動可能である。中間「白色」状態が生ずるが、
とても低い反射強度を与える。
【０００９】米国特許第４５７６８９１号では、圧力に
応じて色画像を発生する色素を生成するカプセルが開示
されている。赤、緑若しくは青の光波長に応答し、それ
ぞれの波長に応答し色を生成する別々のカプセルは、選
択的に硬化し、つぶされたときに色画像を生成する。カ
プセルは別々に形成され、混合されて単一の感圧層を形
成する。シートは光で書き込まれるが、色素形成処理は
不可逆的である。
【００１０】現在、従来のネマチック液晶の散乱特性を
利用してプライバシーウィンドウが作られている。その
ような材料は透明状態を持続するために、連続的な電気
駆動を必要とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、零電界状態
で安定した連続色調中間濃度画像を可能にする中間濃度
ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【００１２】本発明は、更に零電界における光遮断状態
又は光透過状態のどちらにおいても安定した中間濃度プ
ライバシーウィンドウを提供する。
【００１３】もう一つの目的は、電子的手段を用いて書
き直しができるシートを提供することである。
【００１４】更に、単一の電界を使用してシートの光学
的性質を改善し、複数の液晶フォーミュレーションに作
用することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、（ａ）
透明基板と（ｂ）前記透明基板を覆うように形成される
透明導電層と、そして（ｃ）複数の電気応答式光変調材
料が拡散され、複数の光学的状態を有する光変調層とを
含む電気応答式光変調シートにより達成される。
【００１６】本発明の利点は、可視スペクトルに亘る光
反射を提供するために複数のコレステリック材料の反射
特性を使用することである。
【００１７】本発明に応じて作られたシートは、書き直
し可能な画像シートとして使用することができる。本発
明は、一つの層内にある複数のコレステリック液晶材料
を使用し、少なくとも反射状態と透過状態との二つの状
態のときに効果がある。本発明は、反射効率が改善され
た電気応答式光変調シートを使用することを可能にす
る。シートは、安価で、効率的な写真層方法を用いて作
られる。一つの大容量のシート材料はコーティングさ
れ、様々な種類のシート及びカードの形に作られる。本
発明によるシートの様態のディスプレイは安価で簡単で
あり、低価格な処理により製造可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１（A）は、本発明で使用され
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から形成
されるコダック社のイースター（Ester）フィルムベー
スのような透明ポリマー材料から形成可能であり、２０
から２００ミクロンの厚さを有する。例えば、基板３０
は、厚さ８０ミクロンのポリエステルシートであり得
る。透明ポリカーボネートのような他のポリマーも使用
可能である。光透過性の導電層３２が基板３０を覆って
形成される。透過性導電層３２は酸化スズ又はインジウ
ムスズ酸化物（ITO）で形成することが可能であり、ITO
が好適な材料である。通常、透過性導電層３２は、基板
３０上に方形当たり２５０オーム未満の抵抗までスパッ
タリングされる。
【００１９】光変調層１１は、透過性導電層３２の上に
形成される。光変調層１１内の液晶材料は、ポリマーの
バインダ内に拡散されたコレステリック液晶とも知られ
るキラルをドーピングしたネマチック液晶が好適であ
る。これらのタイプの液晶分子は反射プレーナ構造に配
向可能で、分子のキラリティーが可視光の波長を反射す
る。
【００２０】図２（A）と図２（B）はコレステリック液
晶の状態を示す。図２（A）では高電圧の界が印加さ
れ、直ぐにゼロ電位に変えられ、液晶分子がプレーナ液
晶１２に変化する。入射光１６は、光の赤、緑若しくは
青の部分からなり得る。分子のピッチは、所与の光の色
と極性を有する反射光１８のブラッグ回折を生成するよ
う調節可能である。この例では、プレーナ液晶１２のキ
ラリティーは、緑色の光を反射するよう調節される。
【００２１】図２（B）では低電圧の界が印加され、キ
ラルネマチック材料の分子が分解され、フォーカルコニ
ック液晶１４と知られる傾斜したセルになる。低電圧の
界では、コレステリック材料の分子を透過状態へ漸次的
に駆動可能である。光吸器２０は、入射光に対向する側
に位置する。完全に展開したフォーカルコニック状態の
時には、入射光１６は吸収光１９となる。フォーカルコ
ニック状態が漸次的に展開すると、観察者は、コレステ
リック材料がプレーナ状態から完全に展開したフォーカ
ルコニック状態に変化するにつれて緑色の光が黒色に遷
移するのを観る。光透過状態への遷移は漸次的に行わ
れ、また低電圧の時間を変えることによって様々なレベ
ルの反射が可能になる。これらの様々なレベルは、それ
ぞれに応答するグレーレベルにマップされることが可能
である。また、電界が除去されると光変調層１１は所与
の光学状態を無制限に持続する。これらの記述の詳細は
米国特許第５４３７８１１号に開示される。
【００２２】キラルでドーピングされたネマチック材料
は電気駆動界が除去されると反射状態と透過状態間の所
与の状態を持続するため、キラルネマチック材料は、二
色性色素が組み込まれたドーピングされていないネマチ
ック結晶よりも優れている。しかし、単一のフォーミュ
レーション層では液晶材料は一つの色及び極性のみを持
った光に作用する。ポリマーとして拡散された様々な材
料は、共通電気駆動を有する単一の層に組み込まれてい
るため、単一のフォーミュレーション全体に亘って光学
的特質は改善される。対向する極性を有する二つのフォ
ーミュレーションを具備すると一極性コレステリック材
料を有する層の反射性は改善される。
【００２３】図４（A）中、赤色反射コレステリック材
料３４と緑色反射コレステリック材料３６と青色反射コ
レステリック材料３８は、UV硬化性ポリマー、エポキ
シ、ポリビニールアルコール（PVA）または本発明にお
いて脱イオン化されたフォトグラフィックゼラチンのよ
うなポリマーのバインダ内に別々に拡散する。バインダ
含有量は５％乃至３０％の範囲内にすることが可能であ
る。ゼラチンとPVAのような化合物は写真フィルムに関
連した装置に機械塗布することができる。バインダは、
イオン含有量が低いことが重要である。バインダ内にイ
オンが存在すると、分散液晶材料に亘る電界の発生が妨
げられる。脱イオン化されたフォトグラフィックゼラチ
ンは、ゼラチン内のイオン含有量を作用可能なレベルま
で減少させることを要求される。バインダ内のイオン
は、化学的に赤色の反射性コレステリック材料３４と緑
色反射性コレステリック材料３６と青色反射性コレステ
リック材料３８とに印加されている電界の存在下で移動
可能である。
【００２４】図１（A）では、三つの異なるフォーミュ
レーションがブレンドされ中間反射濃度を有する光変調
層１１を形成する。フォーミュレーションは別々に拡散
され、その後ブレンドされるので、フォーミュレーショ
ンの相互作用は阻止される。図４（B）は他のブレンド
で、青色反射コレステリック材３８と黄色コレステリッ
ク材料３９がブレンドされ、中間濃度光変調層１１を形
成する。図５では共通のピーク反射率を有する右手系コ
レステリック材料６０と左手系コレステリック材料６２
が光変調層１１の反射性を改善するためにブレンドされ
る。
【００２５】図３は、コレステリック材料を有するドメ
イン２５の断面図である。ドメイン２５は球状で、コレ
ステリック材料はドメインの表面に固定される。ドメイ
ンの表面が球状なので、どの視点からの入射光１６も反
射する。結果として、このポリマー分散（コレステリッ
ク）液晶（PDLC）は良いオフアクシス反射性を有する。
【００２６】図１（B）では、第２の導電層４０が光変
調層１１を覆うように形成される。第２の導電層４０に
真空蒸着される被覆を与えるために一般的に使用される
材料または処理を用いることが可能である。真空環境に
おいては、アルミニウム、スズ、銀、白銀、炭素、タン
グステン、モリブデン若しくはインジウムなどの材料を
使用することができる。前記金属の酸化物を使用し、第
２の導電層４０を暗くすることができる。金属材料は抵
抗加熱、陰極アーク、電子ビーム、スパッタリングまた
はマグネトロン励起からのエネルギーで励起することが
可能である。層内に酸化スズまたはインジウムスズ酸化
物を用いることにより、第２の導電層４０の層が透明に
なることが可能になる。ITO層は、光変調層１１上に方
形当たり２５０オーム未満の抵抗と８０％以上の光透過
までスパッタリングされる。
【００２７】図１（Ｃ）はレーザ処理後のシート１０の
断面図である。レーザにより第２の導電層４０の一部が
除去され、非導電領域４４が形成される。第２の導電層
４０の残る部分は導電領域４２を形成し、導電領域４２
は２．０Dより大きな光濃度を有して黒いか、またはほ
ぼ透明に見える。非導電領域４４内の公称導電性金属は
イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG）レー
ザを用いて除去され、導電領域４２の範囲を画成する。
非導電領域４４は一般的に約２乃至５ミクロン幅の間隙
であり、導電領域４２を離間する。YAGレーザは、材料
の不透明及び透過層の両者に対して第２の導電層４０に
パターンを形成可能である。あるいは、感光金属生成層
を使用して導電領域４２と非導電領域４４とを形成する
ことができる。ハロゲン化銀などの材料は光によりパタ
ーン化可能であり、光吸性導電層を形成するために核生
成された銀イオンによって現像され得る。
【００２８】透過性導電層３２は連続的な電極を光変調
層１１に提供する。導電領域４２及び透過性導電層３２
の全域に電界が加えられ、光変調層１１のすべてのフォ
ーミュレーションに作用し、光変調層１１に亘る選択的
な反射または透過を可能にする。
【００２９】図６では、入射光１６は透明基板３０と透
過性導電層３２を通過する。図６中、赤色反射コレステ
リック材料３４、緑色反射コレステリック材料３６及び
青色反射コレステリック材料３８は反射性プレーナ状態
に書き込まれる。入射光１６が赤色反射性コレステリッ
ク材料３４を有するドメインを通過すると、赤色光が赤
色反射性コレステリック材料３４から赤色反射光５２と
して反射される。赤色反射光５２を差し引いた入射光１
６は、続けて光変調層１１を通過する。入射光１６が次
のドメインを通過すると、可視スペクトルの更なる部分
が反射される。ドメインの反射率は、中間濃度反射を生
成するために濃度により調節される。複数のフォーミュ
レーションを持つ光変調層１１は、導電領域４２と透過
性導電層３２との間で加えられた電界を共有する。材料
が完全にフォーカルコニック状態に駆動されると、どの
光波長もシート１０を通過可能になる。導電領域４２が
光吸性を有すると、入射光１６は吸収光１９になる。
【００３０】図７は、シート１０の反射性を波長の関数
として曲線により示した図である。三つのそれぞれの反
射性フォーミュレーションは中間濃度を生成するために
可視光の成分に作用する。赤色反射コレステリック材料
３４は赤色反射光５２のピークを形成する。緑色反射コ
レステリック材料３６は緑色反射光５４のピークを形成
する。青色反射コレステリック材料３８は青色反射光５
８のピークを形成する。三層は、ブレンドされて中間濃
度を生成する。
【００３１】第２の導電層４０が透過性材料で形成され
た場合、シート１０はプレーナ状態の光を遮断する中間
フィルターとして機能し、完全に展開したフォーカルコ
ニック状態では透明に見える。パターン化されていない
シート１０は、選択的に光を遮断したりまたは透過する
ことが可能なプライバシーウィンドウとして機能可能で
ある。このようなシートは瞬時に書き込まれ、電界が加
えられてなくともその状態を持続する中間濃度プライバ
シースクリーンを提供できる。
【００３２】図８は、本発明のもう一つの実施例を示
す。光変調層は、三つのフォーミュレーションを使用す
る代わりに二つのポリマーが安定したコレステリックフ
ォーミュレーションを用いる。コレステリック材料はあ
る範囲の反射を有し、本実施例では、青色反射コレステ
リック材料３８と黄色反射コレステリック材料３９の二
つの材料が使用される。青色反射コレステリック材料３
８は、約４９０ナノメートルの緑がかった青色を生成す
るようキラルドープ剤の濃縮を有するネマチック液晶で
ある。
【００３３】図８では、青色反射コレステリック材料３
８と黄色反射コレステリック材料３９が反射性のプレー
ナ状態に書き込まれている。入射光１６が青色反射性コ
レステリック材料３８を通過すると、青色光が青色反射
光５６として青色反射性コレステリック材料３８から反
射される。波長のピークが緑色のほうに移行することに
より、多少の緑色の光も反射される。青色反射光５６を
差し引いた入射光１６は、次の層を通過する。入射光１
６が黄色反射コレステリック３９を通過すると、入射光
１６の赤色と緑色の成分のほとんどが黄色反射光５８と
して黄色反射性コレステリック材料３９から反射する。
層の反射性は、白色または灰色に見える中間濃度反射を
生成するよう調節される。多層構造は導電領域４２と透
過性導電層３２間で一つの共通の電界を共有する。材料
が完全にフォーカルコニック状態に駆動されると、どの
光波長もシート１０を通過可能になる。導電領域４２が
光吸性を有する場合、入射光１６は吸収光５６となり、
シート１０は黒く見える。
【００３４】図９は、シート１０の反射性を波長の関数
として曲線により示した図である。二つの反射性材料が
それぞれ可視光の成分に作用し、中間濃度を生成する。
青色反射コレステリック材料３８は、ピーク反射率の移
行により緑色反射光がやや加えられた青色反射光５６の
ピークを生成する。黄色反射コレステリック材料３９は
黄色反射光５８のピークを生成する。黄色反射コレステ
リック材料３９のピーク反射は、入射光１６の緑色と赤
色の部分が反射するよう定められている。二層は、ブレ
ンドされて中間濃度を生成する。
【００３５】図１０は、シート１０のもう一つの構造を
示す部分図である。左手系コレステリック材料６２と右
手系コレステリック材料６０が拡散され、右手系または
左手系極反射性のいずれかを有し、分離されたドメイン
を具備する材料を形成するためにブレンドされる。前記
二つのコレステリック材料を直接ブレンドすると、二つ
の材料が互いに干渉することになる。それぞれのコレス
テリック材料をバインダ材料に拡散し、その二つの拡散
されたものをブレンドすると、互いに干渉しない別々の
反射極性を有するドメインを具備する光変調層１１を形
成可能である。光変調層１１は透過性導電層３２を覆う
ように形成されている単一の層である。光変調層１１内
の液晶ドメインは層の厚さよりも小さく、複数のドメイ
ンが重なり合う。入射光１６は光変調層１１を通過し、
右手系反射光６４を反射する右手系コレステリック材料
６０のドメインを通過可能である。同じ入射光１６は、
また左手系反射光６６を反射する左手系コレステリック
材料を有するドメインを通過可能である。層内の右手系
コレステリック材料６０と左手系コレステリック材料６
２をブレンドすると、シート１０の反射効率が改善され
る。
【００３６】図１１は右手系コレステリック材料６０と
左手系コレステリック材料６２の両方を有するドメイン
を持つ光変調層１１を具備するシート１０を通過する可
視光の色度分布である。前記二つの材料は５５０ナノメ
ートルでピーク反射を持つよう形成されている。右手系
コレステリック材料６０の単一の層は右偏光６４の曲線
によって示されるピーク反射率を有する。左手系ドメイ
ン６２の追加は左偏光６６として示される曲線により右
偏光６４への光反射を増加する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（A）は、本発明による異なる液晶材料を有す
る層を具備するシートの断面図であり、（B）は、導電
層を有する図１（Ａ）中のシートの断面図であり、
（C）は、導電層にパターンが書き込まれた図１（B）中
のシートの断面図である。
【図２】（A）は、プレーナ状態における反射光のキラ
ルネマチック材料の光学的性質を示した図であり、
（B）は、フォーカルコニック光透過状態におけるキラ
ルネマチック材料の光学的性質を示した図である。
【図３】キラルネマチック液晶材料を有するドメインの
断面図である。
【図４】（A）は、三つの成分からなる中間濃度拡散の
ブレンドを示す図であり、（B）は、二つの成分からな
る中間濃度拡散のブレンドを示す図である。
【図５】対向する極反射性を有する材料の二つの成分拡
散のブレンドを示した図である。
【図６】中間濃度シートを形成するための三種類の分散
キラルネマチック液晶を有するシートの断面図である。
【図７】図６中のシートのスペクトル反射を示す図であ
る。
【図８】中間濃度シートを形成するための二種類の分散
キラルネマチック液晶を有するシートの断面図である。
【図９】図８中のシートのスペクトル反射を示す図であ
る。
【図１０】分散キラルネマチック液晶が二つの異なる極
性の反射性を高めるために持つシートの断面図である。
【図１１】図１０中のシートのスペクトル反射を示す図
である。
【符号の説明】
１０ シート １１ 光変調層 １２ プレーナ液晶 １４ フォーカルコニック液晶 １６ 入射光 １８ 反射光 ２０ 光吸器 ２５ ドメイン ３０ 基板 ３２ 透過性導電層 ３４ 赤色反射コレステリック材料 ３６ 緑色反射コレステリック材料 ３８ 青色反射コレステリック材料 ３９ 黄色反射コレステリック材料 ４０ 第２の導電層 ４２ 導電領域 ４４ 非導電領域 ５２ 赤色反射光 ５４ 緑色反射光 ５６ 青色反射光 ５８ 黄色反射光 ６０ 右手系コレステリック材料 ６２ 左手系コレステリック材料 ６４ 右手系反射光 ６６ 左手系反射光

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）透明基板と、 （ｂ）前記透明基板を覆うように形成される透過性導電
    層と、 （ｃ）複数の電気応答式光変調材料が拡散され、複数の
    光学的状態を有する光変調層とを含む電気応答式光変調
    シート。
  2. 【請求項２】 （ａ）透明基板と、 （ｂ）前記透明基板を覆うように形成される透過性導電
    層と、 （ｃ）複数の電気応答式コレステリック液晶が拡散さ
    れ、複数の光学的状態を有する光変調層とを含む電気応
    答式光変調シート。
  3. 【請求項３】 双安定の右手系コレステリック材料と左
    手系コレステリック材料とを含み、反射状態から透過状
    態に変化するために、電界に応答する液晶を有する、請
    求項２記載の電気応答式光変調シート。
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