JP2001228466A - 制限合体ドメインを利用したメモリを有するディスプレイシート - Google Patents

制限合体ドメインを利用したメモリを有するディスプレイシート

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、一様なドメインサイズの機械塗布
可能なポリマー中に分散させた光調整材料を有するシー
トを提供することを目的とする。 【解決手段】 基板と、その基板上に形成させた導電性
層とを有する光調整電気応答シートを開示する。そのシ
ートは、前記導電性層上に配設させた光調整層と、少な
くとも一つの分散可能な光調整材料と、前記分散可能な
光調整材料への合体制限材料とをさらに有し、かかる分
散可能光調整材料が合体して、それぞれが異なる電気応
答性光学状態を示す一組のドメインを有する制限合体材
料が生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光調整材料を有す
る塗布可能なシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、情報は、永久インクを利用したシ
ートに表示される、あるいは陰極線管又は液晶ディスプ
レイのような電気的に変調させた表面に表示される。他
のシート材料には、チケットまたは財政情報を運ぶため
の磁気的に書込み可能な領域を有するが、磁気的に書込
まれたデータは可視化できない。
【０００３】発明名称「Electronic Book With Multipl
e Display Pages」である国際出願第ＰＣＴ/ＷＯ９７/
０４３９８号は、電子的に書込まれた薄層ディスプレイ
技術が詳細に開示されている。「ブック」へ拘束された
多くのディスプレイシートの組立てが開示されており、
各シートは個別に各ページにアドレスする手段を具備し
ている。可撓性シートと、二つの安定状態の液晶システ
ムから形成された画像調整材料と、各ページの薄層金属
性導体ラインと含む、電子的に書込まれた薄層ページを
形成する先行技術が、前記特許出願には引用されてい
る。
【０００４】現在までのところ、米国特許第３,６９７,
２９７号には、かかる装置に適する材料が開示されてい
る。コレステリック液晶材料は光貫通可能なゼラチンに
よりカプセル化され、アラビアガムがスクリーンにて塗
布されている。コレステリック材料を透明化させるため
の十分な熱エネルギーを受けると、スクリーンは色を変
化させる。
【０００５】液晶材料を利用した可撓性の電子的に書込
まれたディスプレイシートの製造は、米国特許第４,４
３５,０４７号に開示されている。第一のシートは透明
ＩＴＯ導電性領域を有し、第二のシートは表示領域に印
刷された導電性インクを有する。シートは薄層ガラスで
あるが、実際には、マイラーポリエステルからなる。液
晶材料のバインダー中での分散液は、第一のシートに塗
布し、第二のシートを液晶材料に結合させる。電位を対
向する導電性領域に印加し、液晶材料を動作させ、ディ
スプレイ領域を晒す。そのディスプレイはネマチック液
晶材料を利用し、給電を断った際に画像を提示する。現
在、プライバシーウィンドウが従来のネマチック液晶の
散乱性質を利用して作製されている。かかる材料には、
透明を維持するために、連続して電気的駆動を必要とす
る。
【０００６】米国特許第５,４３７,８１１号には、ポリ
マー中に分散させたキラルネマチック液晶を有する光調
整セルが開示されている。そのキラルネマチック液晶は
光の特定の可視波長を反射する平面状態と、光散乱フォ
ーカルコニック状態との間で駆動する性質を有する。前
記構造では、電界のない状態にてある一定の状態を維持
する能力がある。先行技術では、水溶性懸濁液中のポリ
マー前駆体からのポリマービーズを生成させる方法が開
示されており、米国特許第２,９３２,６２９号では、す
こぶる一様なサイズの回転楕円形粒子を生成させる制限
合体法を開示しており、コロイド粒子を利用して小さな
液滴の合体を制限して大きく、一様なドメインを生成さ
せた。重合可能な液体を一定のサイズにし、触媒で重合
反応させて、実質的に一様なサイズの固体ポリマー体を
生成させる。重合中の一様なビーズサイズのための制限
合体を利用する技術は、米国特許第３,９３３,７７１
号、第４,３２４,９３２号及び４,８３３,０６０号に開
示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたものであり、一様なドメインサイズの機械
塗布可能なポリマー中に分散させた光調整材料を有する
シートを提供することを目的とする。
【０００８】また、制限合体を利用した液晶材料を分散
させることと、改良された光学的性質を有する分散光調
整層を形成するように分散液を塗布することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、（ａ）基
板と、（ｂ）前記基板上に形成させた導電性層と、
（ｃ）少なくとも一つの分散可能な光調整材料と、前記
分散可能な光調整材料への合体を制限する材料とを含
み、前記導電性層に配設させた光調整層とを具備し、か
かる分散可能な光調整材料が合体して、さまざまな電気
応答性光学状態を有する一組のドメインを有する制限さ
れた合体材料を形成する光調整導電性応答シートにより
達成される。
【００１０】本発明により製造されたシートは、再書込
み可能な画像シートを実現させるように利用し得る。本
発明はコロイド状固体粒子乳化剤を利用して、十分な分
散状態から成長するドメインを制限させる。一様なサイ
ズの液晶ドメインが生じ、機械塗布して、改善光学効率
を有する光調整電気応答シートが製造される。そのシー
トは高価でない効率的な写真層の製造方法を利用して形
成され得る。単一の大量のシート材料が塗布され、さま
ざまなタイプのシート及びカードに形成され得る。本発
明によるシート形態のディスプレイは、高価でなく、単
純で、しかも低コスト方法により製造可能である。
【００１１】可撓性シートは、改善された光学性質のあ
る、ドメインを有する光調整層を具有するように、本発
明により効率的に製造され得る。層にわたり印加された
電界を変化させることにより、情報はシートに書込まれ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１Ａは、従来のポリマー分散さ
せた光調整材料を有する、一部のシート１０の断面図で
ある。シート１０は基板１５を有する。基板１５が、ポ
リエステルプラスティックから製造されたコダックエス
ターフィルム基部ポリマー材料から構成され、２０から
２００ミクロン厚を有する。例えば、基板１５は透明ポ
リエステルの８０ミクロン厚のシートである。透明ポリ
カーボネートのような他のポリマーも利用可能である。
あるいは、基板１５は薄肉透明ガラスである。
【００１３】第一の導体２０は基板１５上に形成させ
る。第一の導体２０は透明で、すず酸化物またはインジ
ウム‐すず‐酸化物（ＩＴＯ）の導電性層であり、ＩＴ
Ｏが好ましい材料である。通常、第一の導体２０は２５
０Ω/スクエア以下の抵抗で、基板１５にスパッタリン
グされる。あるいは、第一の導体２０は銅、アルミニウ
ム又はニッケルのような金属からなる不透明電気導体で
ある。第一の導体２０が不透明である限り、金属は金属
酸化物であり、光吸収性第一の導体２０が生じる。
【００１４】光調整層３０は前記第一の導体２０の上に
堆積させる。光調整層３０は従来材料のコレステリック
液晶を含有する。その液晶はキラルドープさせたネマテ
ィック液晶であり、米国特許第５,６９５,６８２号に開
示されているようなコレステリック液晶として公知でも
ある。ささまざまな強度の電界を印加すると、反射状態
から透過状態へと、キラルドープネマティックの状態が
変化する。上記材料は電界を除去した後でも一定な状態
を不確定に維持する効果を有する。コレステリック液晶
材料として、ニューヨーク州ハースロンのＥＭインダス
トリーズ社からのメルクＢＬ１１２、ＢＬ１１８やＢＬ
１２６が市販されている。光調整層３０は二つの条件で
効果的であり、以下、詳細に説明する。他の光反射また
は拡散調整も電気動作材料には、油中のマイクロカプセ
ル化電気泳動材料のようなものを塗布し、又は回転多色
球が電界により影響を受ける。
【００１５】一の実施態様では、液晶材料は脱イオンゼ
ラチン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、またはポリ
エチレンオキサイド（ＰＥＯ）のような水溶性バインダ
ー材料を含有する水中で分散させる。かかる化合物は、
写真フィルムと関連した設備で、機械塗布可能である。
バインダーが低イオン含有であることは重要である。か
かるバインダーにイオンが存在することは、分散した液
晶材料にわたり印加される電界の展開を阻止する。さら
に、バインダー中のイオンは電界存在下では移動し、光
調整層３０を化学的に損傷させる。液晶及びゼラチンエ
マルジョンが５から３０ミクロン厚に塗布され、光調整
層３０の光学的性質を最適化させる。液晶ドメインの塗
布厚、サイズ、液晶材料のドメイン濃度は最適な光学的
性質のために設計される。上記の配置により、さまざな
ま電気応答性光学状態を示す一組のドメインを有する制
限された合体形成を可能にする。現在までのところ、液
晶分散はシェアミル又は他の機械的分離手段を利用して
行われ、光調整層３０内に液晶のドメイン３２を形成す
る。
【００１６】第二の導体２２が光調整層３０の面に塗布
される。第二の導体２２は十分な導電性を有しており、
光調整層３０に電界を通す。第二の導体２２は、アルミ
ニウム、スズ、銀、白金、カーボン、タングステン、モ
リブデンまたはインジウムのような材料を利用して、真
空環境下で形成させる。前記金属の酸化物を利用してパ
ターン可能な導電性層１４を暗くする。金属材料は抵抗
加熱、カソードアーク、電子ビーム、スパッタリング又
はマグネトロン励起からのエネルギーにより励起され
る。すず酸化物またはインジウム‐すず‐酸化物の被膜
では、導体２２は透明である。あるいは、第二の導体２
２は、アケソン（Acheson）コーポレーションから市販
されているエレクトロタグ４２３ＳＳのスクリーン印刷
可能な印刷導電性材料の導電性インクで印刷され得る。
かかる印刷材料は、熱可塑性樹脂中で微分散されたグラ
ファイト粒子である。
【００１７】図３Ａ及び図３Ｂは、コレステリック液晶
材料の二つの安定な状態を示す。図３Ａでは、高電圧場
が印加され、迅速にゼロ電位へ切り替わり、コレステリ
ック液晶分子がプラナー状態７２へ移動する。図３Ｂで
は、低電圧場の印加によりコレステリック液晶分子がフ
ォーカルコニック状態７４として公知である透明傾斜セ
ルに分かれる。低電圧パルスの継続時間を増加させる
と、十分の展開し、透明フォーカルコニック状態７４に
対してプラナー状態７２に分子を漸進的に推進させる。
【００１８】光吸収体７０は入射光４０に対向する側に
位置する。十分に展開したフォーカルコニック状態で
は、コレステリック液晶は透明であり、入射光４０を通
過させ、光吸収体７０により吸収されて黒画像が生じ
る。フォーカルコニック状態の漸進的な展開により、コ
レステリック材料がプラナー状態７２から十分に展開し
たフォーカルコニック状態７４へと変化するにつれて、
観察者には黒へと移行する反射光４６を知覚する。光透
過状態への移行は漸進的であり、低電圧時間を変化させ
ることにより、反射を可変させることができる。上記可
変レベルは対応するグレーレベルへ写像され、電界が除
去されると、光調整層１１は一定の光学状態を不確定に
維持する。本過程は米国特許第５,４３７,８１１に詳細
に開示されている。
【００１９】図４は、コレステリック材料を含有するド
メイン３２の断面図である。ドメイン３２は球形であ
り、コレステリック材料はドメイン３２の面に固定され
る。ドメイン３２の面は球形であるので、観察の何れの
角度からの入射光４０は反射される。結果は、上記ポリ
マー分散（コレステリック）液晶（ＰＤＣｈＬＣ）が良
好なオフ軸反射力を有することである。
【００２０】実験では、Ｅ.Ｍ.インダストリー社製キラ
ルネマティック液晶材料ＢＬ‐１１８を脱イオン写真ゼ
ラチン中で分散させた。ＢＬ‐１１８コレステリック液
晶材料は緑色の光（５５０ｎｍ）を反射させるのに十分
なキラルドーパントの濃度を有する。その液晶材料は５
％脱イオンゼラチン溶液中で８％濃度で分散させた。混
合液はシルバーソンミルを利用して分散させた。ミル時
間を変化させると、最終的な液滴サイズが変化する。混
合液は、１ミクロン、４ミクロン及び９ミクロンの平均
ドメインサイズを有するように製造できた。従来からの
分散方法を利用して、上記ドメインは１０：１の割合に
て、そのサイズを変化させた。材料をＩＴＯを設けた、
１６０Ω/スクエアのシート導電性を有するポリエステ
ルシートに塗布した。塗布液を乾燥させて９ミクロン厚
のポリマー分散コレステリック被膜を形成させた。塗布
材料は有効であった。
【００２１】図１Ａに戻ると、断面図は光調整層３０と
して作用する脱イオンゼラチン中のコレステリック材料
のドメインを有する実験シート１０を図示する。光調整
層３０は黒で、導電性材料により印刷され、コレステリ
ック液晶の光吸収体７０としても作用する第二の導体２
２が生じる。高電圧電界が印加され、図３Ａに示すよう
に、光調整層３０中のコレステリック液晶をプラナー状
態７２に整列させる。ドメイン３２中のコレステリック
液晶材料が整列し、全てのシート１０は緑色の反射性光
４６とある種の散乱光４２を反射させる。図１Ｂでは、
低電界がシート１０に印加され、図３Ｂに示すように、
液晶を透明フォーカルコニック状態７０へ変換させる。
シート１０はプラナー状態とフォーカルコニック状態と
の間を繰返して変化し、電界が印加されていないときに
は一定の状態を維持する。先行技術で記載されているよ
うに、シート１０にて観測された選択的な光学的二つの
状態は、メモリを有するディスプレイシートでは有用で
ある。
【００２２】乾燥被膜には１０：１の比率にて径を変化
させたドメインサイズを有する。これにより、大きなド
メイン３２と小さな寄生ドメイン３４とが生じる。同じ
材料濃度及び厚さであるが、異なる平均ドメインサイズ
を有する一連の被膜の反射率を測定した。図５は従来の
分散でのドメインサイズに対する散乱光４２及び反射光
４６の反射率を示す。２ミクロンのような小さい平均ド
メインサイズほど、ドメインは光４２を散乱する傾向に
あり、反射光４６は殆どない。ドメインサイズがそのサ
イズを１０ミクロンまで増大させると、ドメイン３２は
反射光４６を増大させ、散乱光４２を低減させる。１０
ミクロン以下のドメインは、反射体よりは拡散体として
作用し、色反射の純度をゆがめる。
【００２３】シート１０は制限合体材料を利用して製造
され、液晶材料の一様なサイズのエマルジョンを形成す
るように処理される。これは、微細なシリカ、合体制限
材料（デュポンコーポレーションから市販されているル
ドックス（登録商標）（LUDOX）の存在下で、液晶材料
を均質化させることにより行われる。促進材料を水溶液
浴に添加し、コロイド粒子を液晶界面へ移動させる。例
では、アジピン酸と２‐（メチルアミノ）エタノールの
共重合体を、水浴中の促進剤として利用した。液晶材料
は超音波を利用して分散させ、１ミクロン以下のサイズ
の液晶ドメインを作った。超音波エネルギーを除去する
と、液晶材料が合体して一様なサイズのドメインにあ
る。最も大きなドメインに対する最も小さなドメインの
割合は、略１：２まで変化した。液晶材料に対してシリ
カ及び共重合体の量を変化させることで、一様なドメイ
ンサイズのエマルジョンの平均径（顕微鏡観察にて）
は、略１ミクロン、略３ミクロン及び８略ミクロンとす
ることができた。上記のエマルジョンを希釈して、後の
塗布用のゼラチン溶液とした。
【００２４】制限合体材料を、写真塗布機械を利用し
て、１６０Ω/スクエアのシート導電性を有するＩＴＯ
被膜のあるポリエステルシートに塗布した。その塗膜を
乾燥させて９ミクロン厚のポリマー分散コレステリック
被膜を生じさせた。図２Ａは、界面活性剤を添加し、機
械塗布後の制限合体材料のドメイン３２が一様なサイズ
を維持している状態を示す。したがって、本発明は一様
な組のドメインをもたらし、印加電界に応じて光学的性
質を変化させる。あるにしても、乾燥被膜中には、寄生
ドメイン３４（不必要な電気光学性質を有する）はわず
かである。図２Ｂでは、塗布シート１０は、ＩＴＯ塗布
プラスティックの第二のシートと結合しており、電界１
４を印加させると光調整層３０の液晶材料が整列する。
整列したドメイン及び全てのシート１０は、最小の散乱
光４２を有する形で透明になる。したがって、電界印加
により情報が一様なドメインに保存され得る。
【００２５】制限合体は一定のサイズ以下の光調整材料
を分散させ、制限合体材料を生じたドメインのサイズを
制限するために利用する。かかる材料は、２：１以下の
最小ドメインに対する最大ドメインの比率により特徴付
けられる。用語「一様なドメイン」とは、ドメインは
２：１以下のドメインサイズの変動を有して形成される
ことを意味する。制限ドメイン材料は光学的性質を改善
させる。
【００２６】トリイソプロピルナフタレンスルホン酸ナ
トリウムの０．１０％の濃度をエマルジョンの添加し、
その混合液はＩＴＯ表面を一様に被覆することを可能に
する。添加した界面活性剤と共に制限合体材料は、写真
塗布機械を利用して、１６０Ω/スクエアのシート導電
性を有するＩＴＯ被膜のあるポリエステルシートに塗布
した。その塗膜を乾燥させて９ミクロン厚のポリマー分
散コレステリック被膜を形成させた。図２Ａは、界面活
性剤添加後で、機械塗布後の一様なサイズを維持したド
メイン３２を示す、制限合体コレステリック液晶シート
の断面図である。あるにしても、乾燥被膜中には寄生ド
メイン３４はわずかである。
【００２７】制限合体材料は、黒の導電性材料で塗布さ
れ、第二の導体２２を作った。高電圧電界を印加して光
調整層３０中の液晶材料を整列させ、図３Ａに示すプラ
ナー状態７２にした。ドメインが整列し、シート１０が
入射光４０にて励起されると、シート１０は散乱光４２
とともに緑の反射光４６を発生させた。図２Ｂにて、低
電界をシート１０に印加させると、液晶が図３Ａの透明
なフォーカルコニック状態７０へ変換した。シート１０
はプラナー状態とフォーカルコニック状態との間を繰返
し変化し、電界が存在しないときでも一定の状態を維持
した。シート１０における選択的な二つの状態は、先行
技術で記載されたように、メモリを有するディスプレイ
では有用である。
【００２８】制限合体方法により製造されたート１０
は、図５に示す従来の分散材料の同じような曲線を示
す。しかしながら、８ミクロンから１０ミクロンでは、
その材料は寄生ドメイン３４を排除したことに起因し
て、散乱４３を低減させた。図６は、従来の分散材料８
０と制限合体分散材料８２とを利用して、コレステリッ
ク材料のスペクトル分散のプロットである。従来の分散
材料は、コレステリック液晶材料の反射外の波長の光も
反射する。
【００２９】従来分散のコレステリック材料は寄生ドメ
イン３４を有しており、その寄生ドメインはコレステリ
ック材料により反射される波長外の波長の光を反射させ
る。制限合体分散８５はその寄生ドメイン３４を排除し
たので、他の波長の反射を低減させることができた。色
の純度が増大したことは、フルカラー画像を作り出すた
めの十分に分解された色チャンネルを必要とするフルカ
ラーディスプレイの開発には重要である。制限合体コレ
ステリック材料のより、従来法により分散されたコレス
テリック液晶材料よりも、より純粋な光反射を実現させ
ることができる。制限合体分散は機械塗布が可能であ
り、一様なドメインサイズを維持することも判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の分散法を利用して形成させたポリマー
分散コレステリック液晶層を有するシートの断面図であ
る。
【図１Ｂ】電界を印加した、図１Ａのシートの断面図で
る。
【図２Ａ】ポリマー分散させた制限合体コレステリック
液晶を有するシートの断面図である。
【図２Ｂ】電界を印加した、図２Ａのシートの断面図で
ある。
【図３Ａ】光を反射するプラナー状態にあるキラルネマ
ティック材料の模式的断面図である。
【図３Ｂ】フォーカルコニックな光透過状態にあるキラ
ルネマティック材料の模式的断面図である。
【図４】キラルネマティック液晶材料を含有するドメイ
ンの断面図である。
【図５】従来の液晶材料と制限合体材料を利用したコレ
ステリック材料のドメインサイズに対する反射率のグラ
フである。
【図６】従来分散方法と制限合体分散方法を利用したポ
リマー分散コレステリック液晶材料のスペクトル分布で
ある。
【符号の説明】
１０ シート １５ 基板 ２０ 第一の導体 ２２ 第二の導体 ３０ 光調整層 ３２ ドメイン ３４ 寄生ドメイン ４０ 入射光 ４２ 散乱光 ４３ 減少散乱 ４４ 電界 ４６ 反射光 ７０ 光吸収体 ７２ プラナー状態 ７４ フォーカルコニック状態 ８０ 従来の分散材料 ８２ 制限合体材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） (72)発明者 デイヴィッド ジェイ ジアチェリオ アメリカ合衆国 ニューヨーク 14622 ロチェスター ハンティントン・ヒルズ 11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）基板と、 （ｂ）前記基板上に形成させた導電性層と、 （ｃ）少なくとも一つの分散可能な光調整材料と、前記
    分散可能な光調整材料への合体を制限する材料とを含
    み、前記導電性層に配設させた光調整層とを具備し、 かかる分散可能な光調整材料が合体して、さまざまな電
    気応答性光学状態を有する一組のドメインを有する制限
    された合体材料を形成する、光調整導電性応答シート。
  2. 【請求項２】 （ａ）基板と、 （ｂ）前記基板上に形成させた導電性層と、 （ｃ）少なくとも一つの分散可能な光調整材料と、前記
    分散可能な光調整材料への合体を制限する材料とを含
    み、前記導電性層に配設させた光調整層とを具備し、 かかる分散可能な光調整材料が合体して、複数の光学状
    態を有する一組の一様なドメインを形成する、光調整導
    電性応答シート。
  3. 【請求項３】 （ａ）基板と、 （ｂ）前記基板上に形成させた導電性層と、 （ｃ）少なくとも一つの分散可能な光調整材料と、前記
    分散可能な光調整材料への合体を制限する材料とを含
    み、かかる分散可能な光調整材料が合体して、複数の光
    学状態を有する一組の一様なドメインを形成する、前記
    導電性層に配設させた光調整層と、 （ｄ）光学状態を変化させるように印加電界に応じる一
    様な一組のドメインと、 （ｅ）電位が前記導電性層とともに印加された際に電界
    が生じ、一様なドメインがその光学状態を変化する、前
    記光調整層上に配設された第二の導体一様なドメインと
    を具備し、 少なくとも二つの光学状態が存在し、電界の印加により
    前記一様なドメインに情報が保存される、光調整電気応
    答シート。
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