JP2007072419A - インク・ジェット・コレステリック液晶ディスプレイ／カラーフィルタおよびその製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローコスト、製造容易、且つ、フルカラー化ができるコレステリック型液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は上記目的を達成するために順次、上基板９、上配向層８、下配向層５、下基板３を配設し、前記上基板９と前記上配向層８の間に上透明電極７を配設し、前記下配向層５と前記下基板３の間に位置する下透明電極１０と吸収層６を配設し、更に、前記下配向層５の各遮断壁２区域内にコレステリック液晶があることを特徴とするインク・ジェット式コレステリック液晶ディスプレイを提供するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶ディスプレイとカラーフィルタに係り、特に、コレステリック（cholesteric)の液晶インク・ジェット方法の利用でディスプレイ品質の高いコレステリック液晶ディスプレイの製作、及びコレステリック液晶インク・ジェット方法の利用で光出力高効率のカラーフィルタの製作に関する。

コレステリック液晶ディスプレイには双安定特性（Bistability)があるために、液晶分子が２つの状態の下で安定的に存在するので、連続電圧で画面を維持する必要がなく、電気を節減できる。故に、使用者はただ画面更新の場合に電圧を供給すればよい。この種のディスプレイは一般の反射式のＳＴＮ又はＴＦＴに較べて比較的電気の節約ができるので、あらゆる静的画面のディスプレイに応用され、大型のディスプレイ（例えば、広告看板、コスト表）、携帯ディスプレイ（例えば、電子ブック、電子写真の額ぶち）とフレキシブル・ディスプレイ（電子ペーパ）等を包括する。

コレステリック型液晶は、記憶の機能を有するため、ディスプレイの効率ロスはＳＴＮ又はＴＮよりも低い。表１において、異なるディスプレイ技術のＶＧＡ、６．３”フルカラーディスプレイを、同じ電池（５．４Ｗ−Ｈｒ）が持続する時間を帰納しだした。表１中に明示されているように異なる読み取り速度に伴い、双安定のコレステリック型液晶ディスプレイの電池が必要とする再充電の時間も異なる。５分／頁の速度でその電池の使用時間が１３５０Ｈｒに到達できる。しかも主動マトリクスのアドレスを定め、５０％画素転換の反射式双安定コレステリック型の液晶ディスプレイは３２００Ｈｒに達することができ、はるかに画面即時更新式ディスプレイより高いので、コレステリック液晶が動態画面ディスプレイ方面に適合しないとはいうものの、静的画面のディスプレイに応用した場合、その優れた電気節約の特性は、電子ブック上の読み取りにおいてＳＩＮと主動マトリクスの液晶ディスプレイより更に良い性能を所有している。

表１．一つのＶＧＡ、６．３ｉｎが異なるディスプレイ技術使用のフルカラーディスプレイで、その電池が必要とする再充電時間
表１

コレステリック型液晶には多くの長所を具えており、静的画面のディスプレイ上の応用に適している。しかしながら、大部分の伝統的コレステリックディスプレイは単色であるので、色どりのディスプレイ方面は主動マトリクスの液晶ディスプレイには及ばない。故に、市場においての採用がまだ少ない。

ブラグ反射（Bragg Reflection) の反射色帯スペクトルΔλとピッチＰおよび双屈折率差Δｎとの関係はΔλ＝ｐΔｎに基づいて、一般的リキッドクリスタルディスプレイの双屈折率差Δｎが約０．１〜０．２である。故に、反射特定波長の赤、青、緑の単色コレステリック型液晶はすでに開発されている。コレステリック液晶が特定波長を反射できるが、フルカラーのディスプレイを製作するには、その技術が非常に複雑でコスト高となり、コレステリック・ディスプレイとしてはコスト面から不適応である。

伝統的カラーフィルタは製作コストが高いばかりでなく、光出力率の消耗が約２８％であり、加えて上下偏光板の消耗が約５０％に達する。故に、伝統の液晶ディスプレイはただ７％の光出力効率があるだけである。しかも、コレステリック液晶自体にポラリティ（Polarity) を具えているので、別に偏光片を加えることを必要としない。故にその光出力効率は２６．８％に達し、はるかに伝統的液晶ディスプレイより高い。

又、ＵＳ６３７７３２１のように、赤、緑、青３原色の液晶層をつみかさねたものも存在するが、之は視覚の差がこの装置の解析度を制限する。視覚の差を減少するため基板の厚さは０．３ｍｍより小さく形成されている。これを除いて、画素の大小も考量すべき一つの要素である。このかさね、加えるステップは工程の時間と費用を増加する。又、ＵＳ６０６１１０７のように、異なるＵＶ光強度を液晶層上に照射するのを利用して、液晶分子のピッチを制御して三原色混光の効果を奏せしめる。この一つの過程は複雑であり、単一の光塀蔽上で完成できない。更に又、ＵＳ５９４９５１３のように異なるchiralの添加を利用して混光の効果を奏せしめていた。この方法は異なるchiralを液晶層中にドープして、液晶分子のピッチを変える。但し、これは必ず異なる色ブロックの間で隔板をたて、並びに異なるchiralを添加している。更に又、台湾の特許公告５７８９２５記載の発明は、高双屈折率量（High birefringence difference −Δｎ）の液晶材質と簡単のカラーフィルタ（color filter) とで一つのフルカラーのコレステリック型液晶ディスプレイを提供している。但し、伝統のカラーフィルタの工程はコスト高であり、かつ、高双屈折率差の液晶は、取得が容易でないばかりでなく、かつ、伝統の単周波液晶にくらべてコスト高となる。

上記欠陥に鑑み、ローコストで製作が容易であり、かつ、フルカラーの目的を達成できることが得られ、希望したコレステリック型液晶ディスプレイ及び高効率カラーフィルタを得るために解決せられるべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案するものであり、容易に要求する赤、緑、青のコレステリックパターンを均一に寸法制限を受けないガラス又はプラスチック基材上に被覆することで、容易かつ、ローコストで高輝度、電気節約のフルカラー液晶ディスプレイおよび高光出力効率のカラーフィルタの装置と方法を提供する。

本発明のインク・ジェット式コレステリック液晶ディスプレイは順序により上基板、上配向層、下配向層、下基板、および前記上基板と前記上配向層の間に位置する上透明電極、前記下配向層と前記下基板の間に位置する下透明電極と吸収層とを含む。本発明はインク・ジェット方式を利用して異なる材料のコレステリック液晶を別々に前記下配向層上の各遮断壁区域内に画素を形成することを特徴とする。

本発明のインク・ジェット式コレステリック液晶カラーフィルタは順序により下配向層、下基板、上基板、上配向層を含む。本発明はインク・ジェット方式を利用して異なる材料のコレステリック液をローコスト、容易に製作、かつ、フルカラー目的を達成できるコレステリック型液晶ディスプレイを、別々に前記下配向層上の各遮断壁区域内に噴出し、画素を形成することを特徴とする。

本発明には２つの特殊な長所を具えている：その一つはインク・ジェット技術の主要特長が、従来例の半導体工程の使用を必要とせず、ただ、コンピュータプログラムで特定のインク・ジェット区域を制御するだけで、インク・ジェットをしようとする範囲に到達できるので、光塀蔽数と工程費用が減少し、製作コストを大巾に低減させる。この外、インク・ジェット技術は大なる寸法の基板に向けて最も効果的であり、信頼できる製造並びに高効率でスプレー材料の利用が可能となる。

その２はBrogg Reflection原理に基づいて、コレステリック液晶自体にはポラリティ（Polarity) を具えており、このため、偏光シートを必要としないので、光出力効率及び光出力輝度のアップになり、尚且つ、色どりの面において、コレステリック液晶がすでに液晶自体を通してできる機構、コレステリック液晶のピッチ調節を介して異なる反射波長の色があらわれる。即ち、コレステリック液晶があらわすことのできる色は、赤の外光波段から可視光波段、又は紫外光波段の範囲に及ぶのである。

本発明によって製造されるディスプレイとカラーフィルタは次の長所を有する。

1) インク・ジェット方式を利用することにより、要求されるパターンとサイズが制限されず、従来の工程に比し、迅速にして低コストにてディスプレイとカラーフィルタを製造できる。即ち、フォートレジスタ技術による半導体の製造工程のような高コストの工程を採択することなく、消費電気力の節減等により極めて低コストで前記製品を製造することが可能となる。

2) 高輝度とオールカラー化されたコレステリック液晶は、偏光片（Polarizers) を用いることなく異なる波長の色を呈することができるので、液晶自体の機構を利用してフルカラーコレステリック液晶ディスプレイを生産でき、更に、単に電気を節約できるのみならず、光出力効率がＳＴＮとＴＦＴのＬＣＯ等のディスプレイに比し、極めて優れている。更に又、カラーフィルタ応用の面で前記偏光片を用いることがないので高光出力効率を達成でき、且つ、Ｒ．Ｇ．Ｂ．の色も液晶自体を通じて現出させることができる。

本発明は、インク・ジェットの方式を利用して、異なる三種類の色（赤、緑、青）のコレステリック液晶をガラス又はプラスチック基板上の特定遮断壁内にスプレーするもので、インク・ジェット技術の特長およびコレステリック液晶の特性を結合して達成したインク・ジェット式コレステリック液晶技術を、フルカラーのコレステリック液晶ディスプレイと高効率のカラーフィルタを作製した。

以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図７に従って説明する。図１において１はスプレーヘッド（インク・ジェット系統）、２が遮断壁、３が下ガラスあるいはプラスチック基板（下基板と略称）、４がコレステリック液晶材料、５が下配向層、６が吸収層、７が上透明電極、８が上配向層、９が上ガラスあるいはプラスチック基板（上基板と略称）、１０が下透明電極である。前記上透明電極７は位置が前記上基板９と前記上配向層８の間にあって、各遮断壁２は位置が下基板３の上で各画素区域を分割した各画素区域、しかも、前記画素区域内の下基板３の上で、順次吸収層６、下透明電極１０と、下配向層５を積み重ねる。本実施例においてインク・ジェット方式を利用し、異なる材料のコレステリック液晶をそれぞれの遮断壁区域内の前記下配向層５上に噴出する。

インク・ジェット系統１は圧電式（ｐiezoelectric) スプレーヘッドを使用している。型番号はＳＥ−１２８（気泡インク・ジェット、連続インク・ジェット等の方式）を使用してもよい。しかも、テスト用のコレステリック液晶材料４の反射波長は、先ず、５５０ｎｍの緑色液晶を使用する。安定した高品質の材料液滴をスプレーする為、スプレー材料の粘度範囲は１〜１５ｃｐｓにある。しかし、一般のコレステリック液晶の粘度が高過ぎて、ＳＥ−１２８型番号のスプレーヘッドの要求に符号しなかった。このため、コレステリック液晶粘度を必要とする範囲内まで降下させ、更に、安定した高品質の液滴材料をスプレーする。実験から分かるように、コレステリック液晶の粘度と加熱温度が反比例の曲線をあらわしている。図２に示すように、温度の上昇に伴いコレステリック液晶の粘度は極大から５〜１０ｃｐｓまで落ちた。そして、６０℃を越えた場合、コレステリック液晶の粘度が１０ｃｐｓとなり、スプレーヘッドの粘度範囲に符号した。

粘度要求に到達した後、インク・ジェット系統１の利用でコレステリック液晶を順調にスプレーすることができる。図３に示すように、その中１ａはノズル口。同図は１５ｕｓ間隔ごとの快速写真、図から見られるコレステリック液晶のスプレー滴の輪郭は非常に明確に現われており、残影現象がない。故に、スプレーヘッドは温度上昇の方式を介して高安定のコレステリック液晶をスプレーすることができる。

図４はスプレーでドットパターン（Dot pattern)をなしたコレステリック液晶、ドットごとの直径が１２０μｍ、しかも、横方向と縦方向間の距離はそれぞれ３００μｍと５０８μｍ。この後、連続ドットパターンのコレステリック液晶のスプレーを介して、図５に示すようなストリップパターン（Strip pattern)を得た。その直径が１２０μｍ、しかも、縦方向間の距離が５０８μｍである。図４及び５に示すように周囲に衛星ドロップレット(Satellite droplet) が出現していないことが分かる。このため、インク・ジェットの方式を介してのコレステリック液晶が安定に下基板３上の下配向層５上にスプレーでき、ＣＬＣ材料４とスプレーヘッド１とは相互に受け入れないようなことはない。

緑色のコレステリック液晶をインク・ジェットの方式を用いて基板上に二種類（ドットおよびストリップ）パターンをスプレーする。又は、同一方式で異なる制御条件の下でその他の色（例えば赤色と青色）および、いかなるパターン（モザイクあるいは三角形）のコレステリック液晶をスプレーする。これらのコレステリック液晶の材料が広巾色テープスペクトルの高双折射率差の反射式コレステリック液晶材料を反射できる。又、狭色テープスペクトルの反射式コレステリック液晶材料も反射できる。本発明は反射式、可穿透式あるいは可透反式コレステリック液晶ディスプレイとすることもできる。本発明は高効率であり、且つ、コストダウン、高輝度、高対比、電気節約、記憶性があり、広視角、きらめきのない長所を具えたフルカラーコレステリック液晶ディスプレイを製作できた。

新しいフルカラー反射式液晶ディスプレイの製作方法を実現させる為、初歩の基板および遮断壁の製作を経由して、ＲＧＢ三原色のコレステリック液晶を遮断壁を定義する液晶層（cell）内にスプレーすることに成功した。図７ａに示すように、同一の遮断壁設計のパネルを用いて、１６０×１６０×３pixels２×７cm² の単色パネルをスプレー印加した。（図７ｂ，７ｃに示す）この結果は最も基本的なフルカラー構想が実現された。

以上の実施例より製造されたコレステリックインク・ジェット技術の使用で製作されるディスプレイは安価であり、製法が簡単だけではなく、その最大の長所がエネルギー源の節約にある。平均使用電量がただ穿透式液晶パネルの１／５０あるいは更に少ない、一般的反射式のフルカラーＳＴＮあるいはＴＦＴと相比べるとそのものは比較的電気を省ける。それでコレステリック液晶に記憶機能を具えているので、コレステリック液晶を用いて作成した電子ブックは、ページをめくる時にだけ電気を消耗し、画面の静止時に電力の使用を必要としない。もし、プラグあるいは電池を抜き取ったにしても、持続して前記ページの内容をあらわすことができる。これは、本発明が屋外の看板としての使用にも適合し、あるいは電気を省けるのを必要とする携帯式製品にも最適となる。

本発明は高効率カラーフィルタ方面に応用され、その構造および原理は図６中に示すごとく、其の内１１がスプレーヘッド（インク・ジェット系統）、１２が遮断壁、１３が下配向層、１４がコレステリック液晶材料、１５が上配向層、１６が上基板、１７が下基板。本実施例中においてインク・ジェット系統１１を使用し、赤、緑、青のコレステリック液晶をガラスあるいはプラスチックの下基板１７の下配向層１３上の遮断壁１２内へスプレーを進行する。そのスプレー方法は前述したものと同一である。しかも、スプレーの赤、青、緑の機構の各ドット状の配置が正方形、三角形、線条形、あるいはモザイク形等になる。

従来のカラーフィルタは液晶ディスプレイのキーポイントの部品、ユニット中でコスト高であった。その光塀蔽の費用は極めて甚大である。ただし、カラーフィルタの光出力率は約２８％であり、更に、上下偏光板の消耗が約５０％までである。故に、伝統の液晶ディスプレイは７％のみの光出力効率がある。又、伝統のカラーフィルタに比べて、コレステリック液晶自体にはポラリティを具えているので、その外、偏光片を加える必要がない。故に、その光出力効率が２６．８％に達することができる。見積もり計算以下の如く： 穿透率（％）＝バックライト源＊インク・ジェットコレステリック液晶カラーフィルタ ＊画素回路＊下偏光片
＝１００％＊３０％＊９４％＊９５％
＝２６．８％
これから知られるように本発明には工程簡単、ローコスト、色どりが艶やかおよび光出力効率が比較的高い長所を備えている。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明をコレステリック液晶ディスプレイに応用した実施例の解説図。 コレステリック液晶温度と粘度の関係図。 コレステリック液晶インク・ジェット法を利用したコレステリック液晶がスプ レーされた状況を示す解説図。 コレステリック液晶インク・ジェット方式の利用で形成の点パターンを示す解 説図。 コレステリック液晶インク・ジェット方式の利用で形成の線パターンを示す解 説図。 本発明を高効率カラーフィルタに応用した実施例の解説図。 （ａ）コレステリック液晶インク・ジェット方式の利用で形成のコレステリッ クディスプレイであって、オールカラーパターンを示す解説図。 （ｂ）同じく緑色の単色を示す解説図。 （ｃ）同じく青色の単色を示す解説図。

符号の説明

１ スプレーヘッド（インク・ジェット系統）
１ａ スプレー口
２，１２ 遮断壁
３，１７ 下基板
４，１４ コレステリック液晶材料
５，１３ 下配向層
６ 吸収層
７ 上透明電極
８，１５ 上配向層
９，１６ 上基板
１０ 下透明電極
１１ スプレーヘッド（インク・ジェット系統）

Claims (7)

1. 順次、上基板、上配向層、下配向層、下基板を配設し、前記上基板と前記上配向層の間に上透明電極を配設し、前記下配向層と前記下基板の間に位置する下透明電極と吸収層を配設し、更に、前記下配向層上の各遮断壁区域内にコレステリック液晶があることを特徴とするインク・ジェット式コレステリック液晶ディスプレイ。
2. 前記コレステリックが赤、青、緑の三種類の狭周波色帯材料を前記遮断壁区域内等にスプレーして赤、青、緑、三種類の色の子画素を得られるように構成されて成る請求項１記載のインク・ジェット式コレステリック液晶ディスプレイ。
3. 前記コレステリック液晶が広周波あるいは狭周波色帯を前記遮断壁区域内等にスプレーし、広周波あるいは狭周波色帯の子画素が得られるように構成されて成る請求項１記載のインク・ジェット式コレステリック液晶ディスプレイ。
4. 順次、下配向層、下基板、上基板、上配向層を配設して成り、前記下配向層上の各個の遮断壁区域内にコレステリック液晶があることを特徴とするインク・ジェット式コレステリック液晶のカラーフィルタ。
5. 前記コレステリック液晶は前記遮断壁区域内において、赤、青、緑、三種類材料のコレステリック液晶をスプレーし、前記遮断壁区域内で赤、青、緑等三種類色の子画素が得られ、前記カラーフィルタの赤、青、緑機構の各点状配置は、三角形、正方形、線条形、モザイク等から構成されて成る請求項４記載のインク・ジェット式コレステリック液晶のカラーフィルタ。
6. インク・ジェット式コレステリック液晶ディスプレイの製作方法であって、以下列挙のステップを含む；
   １）液晶ディスプレイの諸画素に遮断壁を設置する；
   ２）先に、前記遮断壁区域内等に吸収層を製作する；
   ３）インク・ジェット方式を利用して単一の広周波あるいは狭周波色帯のコレステリック液晶あるいは一種類以上の狭周波色帯のコレステリック液晶を、前記遮断壁区域内等にスプレーすることで、それぞれ単色あるいはフルカラーの映像をあらわす。
7. インク・ジェット式コレステリック型液晶カラーフィルタの製作方法であって、以下列挙のステップを包む；
   １）基板上の諸画素に遮断壁を設置する。；
   ２）インク・ジェット方式の利用で赤、青、緑、三種類の狭周波色帯のコレステリック液晶を、それぞれ各遮断壁区域内にスプレーし、フルカラーの映像をあらわす。