JP3599089B2 - 多色表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子機器の表示パネルなどとして用いられる多色表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパネル表示装置として、液晶素子を光シャッターとして、その裏面に配置されたバックライトからの照明光を透過させ、または遮断することによって表示を行う透過型液晶表示装置が広く用いられている。しかし、透過型液晶表示装置は、消費電力が大きい、屋外などの強い外光下では表示が見にくい、という問題がある。
【０００３】
この問題を解決する表示装置として、バックライトを用いないで、外光の反射を利用して表示を行う反射型液晶表示装置が注目されており、その一方式としてコレステリック液晶表示装置が知られている。
【０００４】
コレステリック液晶は、棒状分子からなり、多層状をなす。その分子長軸は、一つの層内では一方向に配向されるが、隣接する層間では配向方向がわずかずつ捩じれ、全体として螺旋構造を形成する。螺旋の周期は、材料を適切に選択することによって、光学波長オーダーにすることができ、その場合には、コレステリック液晶は、可視光を選択的に反射する。この現象は、コレステリック液晶の選択反射として知られている。
【０００５】
このようなコレステリック液晶の選択反射を利用した表示装置が、反射型表示装置の一種として知られている。このコレステリック液晶表示装置は、図１５に示すように、それぞれ透明電極２１，２２を形成した２枚の透明基板１１，１２間に、コレステリック液晶３０を注入して液晶セルを形成し、観察側（外光入射側）と反対側の基板１２の裏面に黒色の光吸収層４１を形成したものである。
【０００６】
セル内のコレステリック液晶３０の配向状態としては、図１６（Ａ）に示すプレーナ、同図（Ｂ）に示すフォーカルコニック、および同図（Ｃ）に示すホメオトロピックの、３種類がある。プレーナ配向は、螺旋軸が基板面にほぼ垂直に配向した状態であり、選択反射波長帯域の色光が観察される。フォーカルコニック配向は、螺旋軸が基板面にほぼ平行に配向した状態であり、それ自体は無色であるため、光吸収層４１が観測され、黒色の外観が得られる。ホメオトロピック配向は、螺旋構造がほどけて液晶分子が基板面に垂直に配向した状態であり、やはり、それ自体は無色であるため、光吸収層４１が観測され、黒色の外観が得られる。
【０００７】
上記の配向状態間の切り替えは、電気的に行うことができる。すなわち、プレーナ配向の状態で、電極２１，２２間に電圧を印加すると、まず、フォーカルコニック配向に変化し、さらに電圧を上げると、ホメオトロピック配向に変化する。逆に、ホメオトロピック配向の状態から、電圧をゆっくり低下させると、フォーカルコニック配向となるが、電圧をゼロにしても、プレーナ配向にはならない。ホメオトロピック配向の状態から、急激に電圧を低下させると、フォーカルコニック配向にはならずにプレーナ配向となる。
【０００８】
したがって、プレーナ配向とフォーカルコニック配向、またはプレーナ配向とホメオトロピック配向とを、電気的に切り替えることによって、表示装置として用いることができる。また、コレステリック液晶は電圧無印加時にはフォーカルコニック配向とプレーナ配向の２つの配向状態が安定に存在するため、その性質を利用したメモリー性の表示が可能となる。
【０００９】
また、配向状態は熱的に切り替えることも可能である。例えば、コレステリック液晶を一旦、等方相温度まで加熱し、液晶相になるまで冷却すると、フォーカルコニック配向が得られる。この現象を利用して、熱と電気を併用してフォーカルコニック配向とプレーナ配向とを切り替えることもできる。電気と熱だけに限らず、磁気、光、応力などの外部刺激に応じて配向状態を切り替えることができることが知られている。
【００１０】
コレステリック液晶の配向状態は、コレステリック液晶に接する界面の影響を強く受ける。そのため、コレステリック液晶層と電極との間に配向膜を形成し、またはコレステリック液晶中に高分子材料を分散させるなどによって、各配向状態の光学特性、電気特性、安定性などを改善する方法が知られている。
【００１１】
このようなコレステリック液晶を用いた多色表示装置としては、例えば特開平８−３０４８４８号公報に示されているように、それぞれ青色、緑色、赤色を選択反射する３つのコレステリック液晶セルを積層し、各層の加法混色によって多色表示を行うものが考えられている。
【００１２】
図１７に、この従来のコレステリック液晶多色表示装置を示す。青色セル５１は、それぞれ透明電極２１，２２を形成した２枚の透明基板１１，１２間に、青色を選択反射するコレステリック液晶からなる表示層３１を形成したものであり、緑色セル５３は、それぞれ透明電極２３，２４を形成した２枚の透明基板１３，１４間に、緑色を選択反射するコレステリック液晶からなる表示層３３を形成したものであり、赤色セル５５は、それぞれ透明電極２５，２６を形成した２枚の透明基板１５，１６間に、赤色を選択反射するコレステリック液晶からなる表示層３５を形成したものであって、これら青色セル５１、緑色セル５３および赤色セル５５を積層し、観察側から最も遠いセル、例えば赤色セル５５の裏面に黒色の光吸収層４１を形成する。
【００１３】
ここで、青色、緑色、赤色とは、それぞれ４００〜５００ｎｍ，５００〜６００ｎｍ，６００〜７００ｎｍの波長帯域に属する色光を意味する。具体的には、青色表示層３１、緑色表示層３３および赤色表示層３５のうちの一つを選択反射状態にし、他の２つを無色状態にすることによって、青色、緑色または赤色の表示が得られる。また、青色表示層３１、緑色表示層３３および赤色表示層３５のうちの２つを選択反射状態にし、他の一つを無色状態にすることによって、シアン、マゼンタまたは黄色の表示が得られる。さらに、青色表示層３１、緑色表示層３３および赤色表示層３５のすべてを選択反射状態にすることによって、白色の表示が得られ、逆にすべてを無色状態にすることによって、黒色の表示が得られる。
【００１４】
この場合、各表示層３１，３３および３５のコレステリック液晶には、螺旋捩じれ方向が同じものが用いられていた。その理由は、コレステリック液晶の作製方法としては、カイラル剤と呼ばれる不斉炭素化合物とネマチック液晶組成物とを混合する方法が一般的であるが、螺旋捩じれ方向が同じで選択反射波長帯域が異なるコレステリック液晶は、カイラル剤とネマチック液晶組成物との混合比率を変えることによって容易に調製できるからである。
【００１５】
図１７に示すように、各表示層３１，３３および３５を、それぞれ一対の電極間に形成して、各表示層３１，３３および３５ごとに個別に駆動電圧を印加する代わりに、図１８に示すように、それぞれ透明基板１１，１６の一面に形成した一対の透明電極２１，２６間に、各表示層３１，３３および３５を積層形成して、これらの電界応答についての相違、例えば、配向状態の変化のしきい値電界の相違や誘電率異方性の正負の相違などを利用して、各表示層３１，３３および３５を選択反射状態と無色状態とに切り替える多色表示装置も考えられている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
コレステリック液晶の選択反射は、螺旋構造に起因して生じるため、螺旋の捩じれ方向に依存した顕著な円偏光２色性を示す。すなわち、左捩じれのコレステリック液晶は、左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。逆に、右捩じれのコレステリック液晶は、右円偏光を反射し、左円偏光を透過する。このため、太陽光、白熱灯、蛍光灯などの一般的な無偏光の照明下では、最大でも５０％の反射率しか得られず、反射率が不十分であるという問題がある。特に、図１７または図１８に示したように表示色（選択反射色）が異なる複数のコレステリック液晶表示層を積層して多色表示を行う場合には、彩度や明度が不足して、色鮮やかな明るい表示を得ることができないという問題がある。
【００１７】
これを解決する方法として、螺旋捩じれ方向が異なる２つのコレステリック液晶層を積層する方法が知られている。また、特開平７−２８７２１４号公報には、右捩じれのコレステリック液晶を高分子中に分散させたＰＤＣＬＣ層（高分子分散コレステリック液晶層）と左捩じれのコレステリック液晶を高分子中に分散させたＰＤＣＬＣ層とを積層することが示されている。さらに、特開平１０−１４２５９３号公報には、螺旋捩じれ方向が異なる２つのコレステリック液晶層を積層する代わりに、螺旋捩じれ方向が同一の２つのコレステリック液晶層間に円偏光を逆向きに変える位相補償層を設けることによって、同じ効果を得ることが示されている。
【００１８】
いずれの場合も、第１のコレステリック液晶層で反射されなかった円偏光成分が第２のコレステリック液晶層で反射されるため、反射率が向上する。すなわち、反射率は、それぞれのコレステリック液晶層の反射率の和となるため、単層のコレステリック液晶層を用いた場合と比較して、最大で２倍の反射率を得ることができる。多色表示を行う場合には、上記の特開平７−２８７２１４号公報に示されているように、青色、緑色、赤色のそれぞれの表示層を螺旋捩じれ方向が異なる２つのコレステリック液晶層を積層したもので構成すればよい。
【００１９】
なお、上記の特開平１０−１４２５９３号公報には、コレステリック液晶を用いた単色表示装置において、螺旋捩じれ方向が異なり、かつ選択反射の中心波長が３０〜１００ｎｍの範囲内で異なる２つのコレステリック液晶層を積層することによって、高い反射率の、かつ全体として白っぽい表示を得ることが示されている。
【００２０】
しかしながら、上記のように青色、緑色、赤色のそれぞれの表示層を螺旋捩じれ方向が異なる２つのコレステリック液晶層によって形成する場合には、合計６層ものコレステリック液晶表示層を積層しなければならず、斜めから見た場合に像がずれて見える視差が大きくなるとともに、表示装置の構造が複雑化してコストが高くなるという問題がある。
【００２１】
そこで、この発明は、コレステリック液晶を用いた多色表示装置において、少ない表示層で、したがって視差が少なく、かつ装置のコストを低減できる状態で、コレステリック液晶の選択反射の円偏光２色性に起因する彩度および明度の不足の問題を解決して、色鮮やかな明るい多色表示を得ることができるようにしたものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の多色表示装置は、
それぞれ青色、緑色、赤色を選択反射するコレステリック液晶からなる３層の表示層が積層された多色表示装置において、
緑色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が、青色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異なることを特徴とする。
【００２７】
請求項２の発明の多色表示装置は、
それぞれ青色、緑色、黄色、赤色を選択反射するコレステリック液晶からなる４層の表示層が積層された多色表示装置において、
青色および黄色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が、互いに同一で、かつ緑色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異なることを特徴とする。
【００２９】
請求項３の発明の多色表示装置は、
緑色を選択反射するコレステリック液晶からなる第１の表示層と、それぞれ青色および赤色、または赤色および青色を選択反射するコレステリック液晶からなる第２および第３の表示層とからなる３層の表示層が積層された多色表示装置において、
前記第１、第２および第３の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が同一であるとともに、前記第１の表示層と、これに隣接する前記第２の表示層との間に、円偏光を逆向きに変える位相補償層を備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項４の発明の多色表示装置は、
それぞれ青色および黄色、または黄色および青色を選択反射するコレステリック液晶からなる第１および第２の表示層と、それぞれ緑色および赤色、または赤色および緑色を選択反射するコレステリック液晶からなる第３および第４の表示層とからなる４層の表示層が積層された多色表示装置において、
前記第１、第２、第３および第４の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が同一であるとともに、前記第２の表示層と、これに隣接する前記第３の表示層との間に、円偏光を逆向きに変える位相補償層を備えたことを特徴とする。
【００３２】
請求項５の発明の多色表示装置は、
請求項１〜４のいずれかの多色表示装置において、
観察側から最も遠い表示層が、赤色を反射する表示層であるとともに、その表示層と、これより一つ観察側寄りの表示層との間に、赤色を透過し、それ以外の色光を吸収するカラーフィルタを備えたことを特徴とする。
【００３３】
請求項６の発明の多色表示装置は、
請求項１〜４のいずれかの多色表示装置において、
すべての表示層のそれぞれが一対の電極間に形成され、それぞれの表示層ごとに個別に駆動電圧が印加されることを特徴とする。
【００３４】
【作用】
（請求項１の発明）
それぞれ青色、緑色、赤色を選択反射するコレステリック液晶表示層を積層した多色表示装置では、従来は、すべての表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を同じにするか、それぞれの表示層を螺旋捩じれ方向が異なる２つのコレステリック液晶層によって形成するか、のいずれかの構成にしており、上述したように、前者によれば、彩度や明度が不足し、後者によれば、視差が大きくなり、かつ装置のコストが高くなる。
【００３５】
しかし、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶表示層を積層した多色表示装置における、それぞれの表示層の反射率の不足の影響は、表示色によって異なる。すなわち、この場合の表示色は、（１）単色による表示色である青色、緑色、赤色、（２）青色、緑色、赤色のうちの２色の加法混色によって得られるシアン、マゼンタ、黄色、（３）青色、緑色、赤色のすべてを含む白色、（４）青色、緑色、赤色のいずれをも含まない黒色、の計８色の基本表示色に分類できるが、発明者は、このうち、（１）の単色による表示色である青色、緑色、赤色では、彩度や明度の不足はそれほど感じられず、（２）および（３）の２色以上の加法混色によって得られるシアン、マゼンタ、黄色、白色では、彩度または明度の不足が感じられ、特に黄色および白色では、彩度または明度の不足が顕著に感じられることを見出した。
【００３６】
このことから、２色以上の加法混色時、特に黄色および白色の表示時に反射率が高くなるように構成すれば、単色による表示色である青色、緑色、赤色の反射率を高くしなくても、色鮮やかな明るい多色表示が可能になる。
【００３７】
そこで、請求項１の発明では、上述したように、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶表示層を積層するとともに、緑色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を、青色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異にする。すなわち、青色、緑色、赤色の表示層を、それぞれ右捩じれ、左捩じれ、右捩じれ（または左捩じれ、右捩じれ、左捩じれ）のコレステリック液晶からなるものとする。ただし、青色、緑色、赤色の表示層の積層順序は問わない。
【００３８】
これによれば、青色と緑色、および緑色と赤色の、反射スペクトルが重なり合う波長帯域で反射率が高くなって、ピーク反射率は最大で１００％に達しうるので、青色と緑色の混色によるシアン、緑色と赤色の混色による黄色、および青色と緑色と赤色の混色による白色の表示時、彩度または明度が向上し、色鮮やかな明るい多色表示が得られる。
【００３９】
青色、緑色、赤色の単色表示時には反射率は高くならないが、上述したように、これら単色では元々、彩度や明度の不足はそれほど感じられないため、問題にならない。
【００４０】
そして、請求項１の発明では、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶表示層を積層した多色表示装置において、このように混色表示時の反射率を高くすることによって、コレステリック液晶の選択反射の円偏光２色性に起因する彩度および明度の不足の問題を解決し、単色表示時の反射率はそのままにして、コレステリック液晶表示層の数は最少限にするので、視差を少なくすることができるとともに、装置のコストを低減することができる。
【００４１】
（請求項３の発明）
請求項３の発明では、上述したように、青色、緑色、赤色のコレステリック液晶表示層を、観察側またはこれと反対側から順に、緑色の表示層を第１の表示層、青色または赤色の表示層を第２の表示層、赤色または青色の表示層を第３の表示層として積層し、すべての表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を同一にするとともに、第１の緑色の表示層と第２の青色または赤色の表示層との間に、円偏光を逆向きに変える位相補償層を設ける。
【００４３】
これによれば、すべての表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が同一でも、上述した請求項１の発明のように緑色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を青色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異にした場合と同様に、青色と緑色、および緑色と赤色の、反射スペクトルが重なり合う波長帯域で反射率が高くなって、青色と緑色の混色によるシアン、緑色と赤色の混色による黄色、および青色と緑色と赤色の混色による白色の表示時、彩度または明度が向上し、色鮮やかな明るい多色表示が得られる。
【００４４】
しかも、請求項１の発明と同様に、単色表示時の反射率はそのままにして、コレステリック液晶表示層の数は最少限にするので、視差を少なくすることができるとともに、装置のコストを低減することができる。
【００４５】
なお、位相補償層としては、常光と異常光との位相差を１／２波長とする、１／２波長板と呼ばれる複屈折性部材を用いる。
【００４６】
（黄色の表示層を加えて４層の表示層を積層する場合）
それぞれ青色、緑色、赤色を選択反射するコレステリック液晶表示層に対して、黄色を選択反射するコレステリック液晶表示層を加えて、４層の表示層を積層する場合を考察する。
【００４７】
ただし、青色、緑色、黄色、赤色とは、それぞれ４００〜５００ｎｍ，５００〜６００ｎｍ，５５０〜６５０ｎｍ，６００〜７００ｎｍの波長帯域に属する色光を意味する。
【００４９】
請求項１の発明では、表示層が３層でよいという利点があるが、混色表示時の反射率の向上に関しては若干問題がある。すなわち、この場合、反射スペクトルの重なりによって反射率が高くなり、反射スペクトルの重なりが大きいほど、混色表示時の反射率が高くなるが、他方で、この反射スペクトルの重なりが小さい方が、単色表示時の彩度を高くすることができ、これら混色表示時の反射率向上と単色表示時の彩度向上とがトレードオフの関係になるという問題である。
【００５０】
具体的に示すと、例えば、緑色と赤色の反射スペクトルが重なるということは、緑色表示時には赤色成分が、赤色表示時には緑色成分が、それぞれ混色することを意味し、彩度の低下を来たす。逆に、緑色と赤色の反射スペクトルが重ならないようにすれば、緑色および赤色の単色表示時の彩度を高くすることができるが、緑色と赤色の混色による黄色の表示時の反射率を高くすることができなくなる。
【００５１】
この問題は、上述した請求項３の発明でも、同様に生じる。
【００５２】
黄色の表示層を加えれば、この問題を効果的に解決することができる。すなわち、黄色の表示層を加えれば、緑色と赤色の反射スペクトルが重ならないようにして、緑色および赤色の単色表示時の彩度を高くする場合でも、黄色の表示層を加えることによって、黄色および黄色を含む混色である白色の表示時の反射率を高くすることができ、黄色および白色の表示時、彩度または明度が向上する。
【００５３】
青色、緑色、赤色のコレステリック液晶表示層を積層した多色表示装置では、一般に、表示色域ができるだけ広くなるようにするため、緑色および赤色の反射ピーク波長は、それぞれ５３０〜５５０ｎｍ，６３０〜６５０ｎｍに設定される。このため、緑色と赤色の混色によって黄色を表示し、またはさらに青色を加えた混色によって白色を表示する場合、５７０〜６００ｎｍの波長帯域は反射スペクトルの谷となり、この波長帯域は視感度が比較的高いため、明度および彩度が低下する大きな要因となる。
【００５４】
これに対して、５７０〜６００ｎｍに反射ピーク波長を有する黄色の表示層を加えることによって、この反射スペクトルの谷を補い、黄色および白色の表示時の反射率を高くすることができる。
【００５５】
ただし、反射スペクトルの谷となる波長は、緑色および赤色の反射スペクトルのピーク波長、ピーク反射率およびスペクトル形状に依存して、５５０〜６５０ｎｍの間で変化する。このため、黄色の表示層の反射スペクトルのピーク波長も、これに合わせて適宜設定する必要がある。そのため、ここで「黄色の表示層」と称する表示層が、実質的に黄緑色や橙色の外観を呈することもありうる。
【００５８】
（請求項２の発明）
請求項２の発明では、以上のような黄色の表示層を加えた場合の考察に基づいて、上述したように、青色、緑色、黄色、赤色のコレステリック液晶表示層を積層するとともに、青色および黄色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を、互いに同一にし、かつ緑色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異にする。すなわち、青色、緑色、黄色、赤色の表示層を、それぞれ右捩じれ、左捩じれ、右捩じれ、左捩じれ（または左捩じれ、右捩じれ、左捩じれ、右捩じれ）のコレステリック液晶からなるものとする。ただし、青色、緑色、黄色、赤色の表示層の積層順序は問わない。
【００６０】
これによれば、黄色の表示は、緑色、黄色および赤色の表示層を選択反射状態にすることによって得られるが、このとき、緑色と黄色の表示層、および黄色と赤色の表示層は、それぞれ互いにコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が異なるため、それらの反射スペクトルが重なり合う波長帯域で反射率が高くなって、黄色表示時の明度および彩度が向上する。同様に、白色表示時の明度も向上する。この場合、緑色と赤色の反射スペクトルは重なる必要がないため、緑色および赤色の単色表示時の彩度も高くすることができる。
【００６１】
（請求項４の発明）
請求項４の発明のように、位相補償層の片側に青色および黄色のコレステリック液晶表示層を積層し、反対側に緑色および赤色のコレステリック液晶表示層を積層する場合にも、同様の効果が得られる。
【００６２】
（請求項５の発明）
赤色の彩度は、緑色成分がわずかに混色しただけで著しく劣化する。特にコレステリック液晶の反射スペクトルは短波長側に比較的長い裾を引くので、緑色の反射スペクトルとの重なりを小さくしても、高彩度の赤色表示を得ることが困難となる。
【００６３】
これに対して、請求項５の発明では、上述した請求項１〜４の発明において、観察側から最も遠くする赤色の表示層と、これより一つ観察側寄りの表示層との間に、赤色を透過し、それ以外の色光を吸収するカラーフィルタを設けるので、赤色の表示層から反射される不要な短波長成分がカットされて、赤色の彩度が向上する。
【００６４】
このカラーフィルタは、６００ｎｍ付近にカットオフ波長を有し、それより長波長を透過し、短波長を吸収するフィルタとする。カットオフ波長以下の全可視波長領域で透過率がほぼゼロとなることが理想的であるが、コレステリック液晶の反射強度はピーク波長から遠ざかるに従って減少するため、実質的に５００ｎｍ以下の吸収が弱くても、実用上それほど不都合はない。したがって、赤色のカラーフィルタの代わりにマゼンタのカラーフィルタを用いても、同様の効果が得られる。
【００６５】
請求項５の発明による彩度の向上は、赤色の表示時だけでなく、マゼンタの表示時にも、効果的に発揮される。請求項１〜４の発明では、シアン、黄色、白色の表示時の彩度または明度は向上するが、青色と赤色の混色によるマゼンタについては彩度向上の効果が得られない。請求項５の発明によれば、これを補完して、画像表示時の彩度の鮮明感をバランスよく向上させることができる。
【００６６】
（請求項６の発明）
請求項６の発明によれば、請求項１〜４の発明において、個々の表示層ごとに個別に駆動電圧が印加されるので、駆動電圧を低電圧化することができる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施形態〕
この発明の第１の実施形態として、請求項１，２の発明の例を示す。
【００６８】
＜第１の例…３層の場合＞
図１は、第１の実施形態の第１の例を示し、請求項１の発明の一例であるとともに、請求項５，６の発明の一例である。
【００６９】
この例では、観察側から順に青色セル５１、緑色セル５３および赤色セル５５を積層し、緑色セル５３と赤色セル５５との間に後述のカラーフィルタ４３を設け、赤色セル５５の裏面に黒色の光吸収層４１を形成するとともに、青色セル５１は、それぞれ透明電極２１，２２を形成した２枚の透明基板１１，１２間に、青色を選択反射する左捩じれのコレステリック液晶からなる表示層３１を形成したものとし、緑色セル５３は、それぞれ透明電極２３，２４を形成した２枚の透明基板１３，１４間に、緑色を選択反射する右捩じれのコレステリック液晶からなる表示層３３を形成したものとし、赤色セル５５は、それぞれ透明電極２５，２６を形成した２枚の透明基板１５，１６間に、赤色を選択反射する左捩じれのコレステリック液晶からなる表示層３５を形成したものとする。
【００７０】
それぞれの表示層３１，３３および３５のコレステリック液晶としては、コレステロール誘導体など、液晶性を有する不斉炭素化合物や、ネマチック液晶性化合物にカイラル剤を添加した混合物などを用いることができる。カイラル剤とは、２−メチルブチル基などのような不斉炭素を有する基を含む化合物である。
【００７１】
また、それぞれの表示層３１，３３および３５は、コレステリック液晶を高分子中に分散させた高分子分散液晶や、コレステリック液晶中に高分子が分散、溶解、膨潤されて存在する高分子安定化液晶や、高分子の主鎖や側鎖に液晶性を誘発するメソゲンと呼ばれる官能基を有する、いわゆる高分子液晶であってもよい。
【００７２】
また、コレステリック液晶の配向状態を制御するために、それぞれの表示層３１，３３および３５と接するように配向層を設けてもよい。
【００７３】
カラーフィルタ４３は、赤色を透過し、それ以外の色光を吸収するもので、赤色セル５５の基板１５または緑色セル５３の基板１４上に染料や顔料を塗布または電着し、または基材を染色して基板１５または１４上に貼り付けるなどの公知の方法によって形成することができる。
【００７４】
また、このようにカラーフィルタ４３をセルと別個の層として設ける代わりに、赤色セル５５の基板１５、電極２５、または電極２５と表示層３５との間の配向膜、または緑色セル５３の基板１４、電極２４、または電極２４と表示層３３との間の配向膜など、セルを構成する部材を、カラーフィルタと兼ねるようにしてもよい。
【００７５】
なお、基板、電極、配向膜など、隣接する表示層間に設けられる部材は偏光状態を乱さないようにする必要があり、そのため、これらの部材のレターデーションはゼロに近い方が望ましい。
【００７６】
この例によれば、青色表示層３１と緑色表示層３３、および緑色表示層３３と赤色表示層３５の、コレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が異なるので、青色と緑色、および緑色と赤色の、反射スペクトルが重なる波長帯域で反射率が高くなって、シアン、黄色および白色の表示時、彩度または明度が向上するとともに、赤色およびマゼンタの表示時、赤色表示層３５から反射される不要な短波長成分がカラーフィルタ４３によってカットされるので、赤色およびマゼンタの彩度が向上する。
【００７７】
しかも、コレステリック液晶表示層の数は最少限であるので、視差が少なくなるとともに、装置のコストを低減することができる。さらに、個々の表示層ごとに個別に駆動電圧を印加するので、駆動電圧を低電圧化することができる。
【００７８】
＜第２の例…４層の場合＞
図２は、第１の実施形態の第２の例を示し、請求項２の発明の一例であるとともに、請求項５，６の発明の一例である。
【００７９】
この例では、観察側から順に青色セル５１、緑色セル５３、黄色セル５７および赤色セル５５を積層し、黄色セル５７と赤色セル５５との間にカラーフィルタ４３を設け、赤色セル５５の裏面に光吸収層４１を形成するとともに、青色セル５１の表示層３１は右捩じれ、緑色セル５３の表示層３３は左捩じれ、黄色セル５７の表示層３７は右捩じれ、赤色セル５５の表示層３５は左捩じれの、コレステリック液晶からなるものとする。黄色セル５７も、それぞれ透明電極２７，２８を形成した２枚の透明基板１７，１８間に表示層３７を形成したものである。
【００８０】
この例によれば、黄色表示層３７が存在するので、黄色の波長帯域で反射率が高くなるとともに、青色表示層３１と緑色表示層３３、緑色表示層３３と黄色表示層３７、および黄色表示層３７と赤色表示層３５の、コレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が異なるので、青色と緑色、緑色と黄色、および黄色と赤色の、反射スペクトルが重なる波長帯域で反射率が高くなって、シアン、黄色および白色の表示時、特に黄色および白色の表示時、彩度または明度が向上する。また、赤色およびマゼンタの表示時、赤色表示層３５から反射される不要な短波長成分がカラーフィルタ４３によってカットされるので、赤色およびマゼンタの彩度が向上する。
【００８１】
しかも、コレステリック液晶表示層は４層であるので、従来のように青色、緑色、赤色のそれぞれの表示層を螺旋捩じれ方向が異なる２つのコレステリック液晶層によって形成して合計６層ものコレステリック液晶表示層を積層する場合に比べて、視差が少なくなるとともに、装置のコストを低減することができる。さらに、個々の表示層ごとに個別に駆動電圧を印加するので、駆動電圧を低電圧化することができる。
【００８４】
〔第２の実施形態〕
この発明の第２の実施形態として、請求項３，４の発明の例を示す。
【００８５】
＜第１の例…３層の場合＞
図３は、第２の実施形態の第１の例を示し、請求項３の発明の一例であるとともに、請求項５，６の発明の一例である。
【００８６】
この例では、観察側から順に緑色セル５３、青色セル５１および赤色セル５５を積層し、緑色セル５３と青色セル５１との間に後述の位相補償層４５を設け、青色セル５１と赤色セル５５との間にカラーフィルタ４３を設け、赤色セル５５の裏面に光吸収層４１を形成するとともに、緑色セル５３の表示層３３、青色セル５１の表示層３１および赤色セル５５の表示層３５のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を、すべて同じに、例えば左捩じれにする。
【００８７】
位相補償層４５は、円偏光を逆向きに変えるもので、常光と異常光との位相差を１／２波長とする、１／２波長板と呼ばれる複屈折性部材を用いる。このような複屈折性部材としては、雲母や水晶などの複屈折性の結晶や、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォンなどの高分子を延伸などによって分子配向した高分子フィルムなどを用いることができる。
【００８８】
また、このように位相補償層４５をセルと別個の層として設ける代わりに、緑色セル５３の基板１４、電極２４、または電極２４と表示層３３との間の配向膜、または青色セル５１の基板１１、電極２１、または電極２１と表示層３１との間の配向膜など、セルを構成する部材を、複屈折性部材として、位相補償層と兼ねるようにしてもよい。
【００８９】
この例によれば、図１の例のように緑色表示層３３のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と青色表示層３１および赤色表示層３５のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向とが異なる場合と同様の効果が得られる。
【００９０】
＜第２の例…４層の場合＞
図４は、第２の実施形態の第２の例を示し、請求項４の発明の一例であるとともに、請求項５，６の発明の一例である。
【００９１】
この例では、観察側から順に青色セル５１、黄色セル５７、緑色セル５３および赤色セル５５を積層し、黄色セル５７と緑色セル５３との間に位相補償層４５を設け、緑色セル５３と赤色セル５５との間にカラーフィルタ４３を設け、赤色セル５５の裏面に光吸収層４１を形成するとともに、青色セル５１の表示層３１、黄色セル５７の表示層３７、緑色セル５３の表示層３３および赤色セル５５の表示層３５のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向を、すべて同じに、例えば左捩じれにする。
【００９２】
この例によれば、図２の例のように青色表示層３１および黄色表示層３７のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と緑色表示層３３および赤色表示層３５のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向とが異なる場合と同様の効果が得られる。
【００９５】
〔参考発明の例〕
図５に、参考発明の例を示す。
【００９６】
この例では、図２の例と同様に、観察側から順に青色セル５１、緑色セル５３、黄色セル５７および赤色セル５５を積層し、黄色セル５７と赤色セル５５との間にカラーフィルタ４３を設け、赤色セル５５の裏面に光吸収層４１を形成する。
【００９７】
ただし、青色表示層３１、緑色表示層３３、黄色表示層３７、赤色表示層３５は、それぞれ青色、緑色、黄色、赤色を反射する状態と無色状態とに切り替えられるものであればよく、例えばホログラフィックに光相分離して作製した高分子分散液晶を用いることができる。また、表示層３１，３３，３７，３５を、それぞれ青色、緑色、黄色、赤色を選択反射する螺旋捩じれ方向が同一の、例えば左捩じれのコレステリック液晶からなるものとすることもできる。基板１２，１３，１４，１７，１８，１５は、必ずしも複屈折性がゼロである必要はない。
【００９８】
この例によれば、黄色表示層３７が存在するので、黄色の波長帯域で反射率が高くなって、黄色および白色の表示時、彩度または明度が向上するとともに、赤色およびマゼンタの表示時、赤色表示層３５から反射される不要な短波長成分がカラーフィルタ４３によってカットされるので、赤色およびマゼンタの彩度が向上する。
【００９９】
しかも、表示層は４層であるので、図２および図４の例と同様に、視差が少なくなるとともに、装置のコストを低減することができる。さらに、個々の表示層ごとに個別に駆動電圧を印加するので、駆動電圧を低電圧化することができる。
【０１００】
〔実施例〕
以下に示すように、この発明の多色表示装置を実際に作製し、その表示特性を測定した。
【０１０１】
メルク社製カイラル添加剤Ｓ−８１１およびＳ−１０１１を４対１の重量比で混合した混合カイラル剤を、それぞれメルク社製ネマチック液晶Ｅ４４に２２．７，１９．４，１８．２，１６．２ｗｔ％添加して、それぞれ青色、緑色、黄色、赤色の左捩じれのコレステリック液晶を調製した。同様に、メルク社製カイラル添加剤Ｒ−８１１およびＲ−１０１１を４対１の重量比で混合した混合カイラル剤を用いて、青色、緑色、黄色、赤色の右捩じれのコレステリック液晶を調製した。混合カイラル剤の濃度が等しい右捩じれと左捩じれのコレステリック液晶は、ほぼ等しい選択反射スペクトルが得られた。
【０１０２】
図６に、調製した青色、緑色、黄色、赤色のコレステリック液晶の反射スペクトルを示す。
【０１０３】
次に、それぞれＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極を形成した厚さ１５０μｍの２枚のガラス基板を５μｍの間隔を保って貼り合わせてセルを作製し、これに上記のコレステリック液晶を注入して、青色、緑色、黄色、赤色のそれぞれ右捩じれおよび左捩じれの合計８種類のコレステリック液晶セルを作製した。
【０１０４】
赤色コレステリック液晶セルの表面には、赤色塗料を塗布して赤色カラーフィルタを形成した。赤色塗料としては、ポリビニルアルコールの１０ｗｔ％水溶液に赤色色素ＰＣｒｅｄ３Ｐ（日本化薬社製）を０．５ｗｔ％溶解したものを用いた。
【０１０５】
図７に、赤色カラーフィルタの透過スペクトル、および赤色カラーフィルタの有無による赤色コレステリック液晶セルの反射スペクトルの変化を示す。用いた赤色色素は、５００ｎｍ以下の色光を若干透過するため、外観上はややマゼンタがかった赤色を呈している。形成した赤色カラーフィルタは、約６００ｎｍに急峻なカットオフ波長を有する。このため、赤色コレステリック液晶の反射スペクトルの短波長側の裾がカットされて彩度が向上する。
【０１０６】
ミノルタ社製分光光度計ＣＭ２００２を用いて測定した反射スペクトルから、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色度座標における彩度ｃ^＊（＝√（ａ^＊２＋ｂ^＊２））を求めたところ、赤色カラーフィルタがないときにはｃ^＊＝５６．３であったが、赤色カラーフィルタを設けることによってｃ^＊＝７４．１まで改善された。以下では、特に断らない限り、赤色コレステリック液晶セルには赤色カラーフィルタを設けたものを用いた。
【０１０７】
＜実施例１…図２の例＞
上記の８種類のコレステリック液晶セルから、赤色・左捩じれ、黄色・右捩じれ、緑色・左捩じれ、青色・右捩じれのコレステリック液晶セルを選び、下からこの順に、紫外線硬化樹脂を介して接着した。赤色コレステリック液晶セルは、赤色カラーフィルタを設けた面を黄色コレステリック液晶セルに接着した。最後に、赤色コレステリック液晶セルの下面に黒色塗料を塗布して光吸収層を形成し、図２に示した例の多色表示装置を作製した。
【０１０８】
各色のセルは、２つの電極間に１００Ｈｚ、５０Ｖの矩形波を２００ｍ秒、印加することによって反射状態にできた。また、２５Ｖの矩形波を２００ｍ秒、印加することによって無色状態にできた。４色のセルに印加する電圧の組み合わせによって、赤色、緑色、青色、シアン、マゼンタ、黄色、白色、黒色の表示ができた。すなわち、赤色、緑色、青色のセルのうちの一つを反射状態にし、他の２つ、および黄色のセルを無色状態にすることによって、それぞれ赤色、緑色、青色の表示が得られた。また、赤色と青色、青色と緑色、緑色と黄色と赤色のセルを反射状態にし、他のセルを無色状態にすることによって、それぞれマゼンタ、シアン、黄色の表示が得られた。さらに、すべてのセルを反射状態にすることによって、白色の表示が得られ、すべてのセルを無色状態にすることによって、黒色の表示が得られた。
【０１０９】
＜実施例２…図５の例＞
上記の８種類のコレステリック液晶セルから、赤色・左捩じれ、黄色・左捩じれ、緑色・左捩じれ、青色・左捩じれのコレステリック液晶セルを選び、下からこの順に、紫外線硬化樹脂を介して接着した。赤色コレステリック液晶セルは、赤色カラーフィルタを設けた面を黄色コレステリック液晶セルに接着した。最後に、赤色コレステリック液晶セルの下面に黒色塗料を塗布して光吸収層を形成し、図５に示した例の多色表示装置を作製した。すべてのコレステリック液晶セルの螺旋捩じれ方向が同じである点が、実施例１と異なる。
【０１１０】
＜実施例３…図４の例＞
上記の８種類のコレステリック液晶セルから、赤色・左捩じれ、緑色・左捩じれ、黄色・左捩じれ、青色・左捩じれのコレステリック液晶セルを選び、まず、赤色コレステリック液晶セルの赤色カラーフィルタを設けた面上に、緑色コレステリック液晶セルを、紫外線硬化樹脂を介して接着した。次に、その緑色コレステリック液晶セル上に、２８５ｎｍの位相差を有するセルロースフィルムからなる１／２波長板（位相補償層）を貼付した。次に、その１／２波長板上に、黄色および青色のコレステリック液晶セルを、この順に、紫外線硬化樹脂を介して接着した。最後に、赤色コレステリック液晶セルの下面に黒色塗料を塗布して光吸収層を形成し、図４に示した例の多色表示装置を作製した。黄色と緑色のコレステリック液晶セルの積層順を入れ替え、両者の間に１／２波長板を挿入した点が、実施例２と異なる。
【０１１１】
＜実施例４…図１の例＞
上記の８種類のコレステリック液晶セルから、赤色・左捩じれ、緑色・右捩じれ、青色・左捩じれのコレステリック液晶セルを選び、下からこの順に、紫外線硬化樹脂を介して接着した。赤色コレステリック液晶セルは、赤色カラーフィルタを設けた面を緑色コレステリック液晶セルに接着した。最後に、赤色コレステリック液晶セルの下面に黒色塗料を塗布して光吸収層を形成し、図１に示した例の多色表示装置を作製した。
【０１１２】
＜比較例＞
比較のために、赤色・左捩じれ、緑色・左捩じれ、青色・左捩じれのコレステリック液晶セルを選び、下からこの順に、紫外線硬化樹脂を介して接着した。赤色コレステリック液晶セルは、赤色カラーフィルタを設けた面を緑色コレステリック液晶セルに接着した。最後に、赤色コレステリック液晶セルの下面に黒色塗料を塗布して光吸収層を形成し、図１７に示したような従来構成の多色表示装置を作製した。
【０１１３】
＜測定・評価＞
従来、最も問題であった黄色および白色の表示時の彩度または明度を評価するため、ミノルタ社製分光光度計ＣＭ２００２を用いて、実施例１〜４および比較例の反射スペクトルを測定した。
【０１１４】
図８および図９に、それぞれ黄色および白色の表示時の、実施例１，２および比較例の反射スペクトルを示す。黄色および白色のいずれの表示時においても、比較例の反射スペクトルに見られる５９０ｎｍ付近の谷が、実施例１，２では見られなくなり、実施例１，２では、この波長帯域の反射率が高くなることが確かめられた。特に実施例１では、比較例および実施例２と比べて、ピーク反射率の著しい向上が見られた。
【０１１５】
図１４は、上記の測定データをもとに、白色表示時の明度、および黄色表示時の明度および彩度を、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色度座標における明度Ｌ^＊および彩度ｃ^＊（＝√（ａ^＊２＋ｂ^＊２））で表したものである。実施例１では、比較例と比べて、白色の明度で２０．５、黄色の明度で２４．２、黄色の彩度で２２．８、という大きな改善が見られた。実施例２では、比較例と比べて、白色の明度で７．３、黄色の明度で９．７、黄色の彩度で１１．３、の改善が見られた。
【０１１６】
図１０および図１１に、それぞれ黄色および白色の表示時の、実施例３および比較例の反射スペクトルを示す。実施例３では、比較例と比べて、ピーク反射率の著しい向上が見られた。実施例３では、すべてのコレステリック液晶セルの螺旋捩じれ方向が同じであるが、１／２波長板（位相補償層）の片側に赤色および緑色のコレステリック液晶セルを配置し、反対側に黄色および青色のコレステリック液晶セルを配置したことによって、赤色および緑色のコレステリック液晶セルの螺旋捩じれ方向と黄色および青色のコレステリック液晶セルの螺旋捩じれ方向とが異なる実施例１と同様の効果が得られることが確認できた。
【０１１７】
図１４に示すように、実施例３では、比較例と比べて、黄色の彩度では大きな改善が見られなかったものの、白色の明度で１９．３、黄色の明度で２３．７、という大きな改善が見られた。
【０１１８】
図１２および図１３に、それぞれ黄色および白色の表示時の、実施例４および比較例の反射スペクトルを示す。実施例４では、白色表示時、青色と緑色の反射スペクトルが重なる４８０ｎｍ付近の帯域で反射率が高くなることが認められた。したがって、青色と緑色の混色によるシアンの表示時、反射率が高くなることが予想される。しかし、緑色と赤色の反射スペクトルが重なる５８０ｎｍ付近の帯域では、比較例と比べて、黄色表示時、白色表示時のいずれにおいても反射率の向上が認められなかった。
【０１１９】
図１４に示すように、実施例４では、比較例と比べて、黄色の明度と彩度には改善が見られなかったものの、白色の明度で若干の改善が見られた。
【０１２０】
〔他の実施形態〕
上述した実施例は、それぞれ電極を形成した一対の基板間に表示層を形成してセルを構成し、そのセルを表示色の数だけ貼り合わせて多色表示装置を作製した場合であるが、多色表示装置の製造方法としては、このような方法に限らず、電極を形成した基板上にコレステリック液晶を塗布し、その上に別の電極を形成した基板を積層するという工程を繰り返す方法や、それぞれ電極を形成した複数の基板を、それぞれ一定の間隔を保って積層して多層の空セルを作製し、その各セルにコレステリック液晶を注入する方法など、種々の方法を用いることができる。
【０１２１】
また、各表示層を反射状態と無色状態とに切り替える方法としては、図１〜図５の例のように、各表示層をそれぞれ一対の電極間に形成して、各表示層ごとに個別に駆動電圧を印加する代わりに、一対の電極間にすべての表示層を積層形成して、これらの電界応答についての相違、例えば、配向状態の変化のしきい値電界の相違や誘電率異方性の正負の相違などを利用して、各表示層を反射状態と無色状態とに切り替えるようにしてもよい。
【０１２２】
また、電圧ないし電界に限らず、熱、磁気、光、応力などの外部刺激に応じて各表示層を反射状態と無色状態とに切り替えるようにしてもよい。
【０１２３】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、コレステリック液晶を用いた多色表示装置において、少ない表示層で、したがって視差が少なく、かつ装置のコストを低減できる状態で、コレステリック液晶の選択反射の円偏光２色性に起因する彩度および明度の不足の問題を解決して、色鮮やかな明るい多色表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の多色表示装置の一例を示す図である。
【図２】この発明の多色表示装置の一例を示す図である。
【図３】この発明の多色表示装置の一例を示す図である。
【図４】この発明の多色表示装置の一例を示す図である。
【図５】参考発明の多色表示装置の一例を示す図である。
【図６】実施例で用いた各色のコレステリック液晶の反射スペクトルを示す図である。
【図７】実施例で用いたカラーフィルタの透過スペクトルおよびフィルタの有無による赤色コレステリック液晶セルの反射スペクトルの変化を示す図である。
【図８】実施例１，２および比較例の黄色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図９】実施例１，２および比較例の白色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図１０】実施例３および比較例の黄色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図１１】実施例３および比較例の白色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図１２】実施例４および比較例の黄色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図１３】実施例４および比較例の白色表示時の反射スペクトルを示す図である。
【図１４】実施例１〜４および比較例の白色表示時の明度と黄色表示時の明度および彩度をＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色度座標における明度Ｌ^＊および彩度ｃ^＊で表した図である。
【図１５】典型的なコレステリック液晶表示装置を示す図である。
【図１６】コレステリック液晶の３つの配向状態を説明するための図である。
【図１７】従来の多色コレステリック液晶表示装置の一例を示す図である。
【図１８】従来の多色コレステリック液晶表示装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１８…透明基板
２１〜２８…透明電極
３１…青色表示層
３３…緑色表示層
３５…赤色表示層
３７…黄色表示層
４１…光吸収層
４３…カラーフィルタ
４５…位相補償層
５１…青色セル
５３…緑色セル
５５…赤色セル
５７…黄色セル

Claims (6)

1. それぞれ青色、緑色、赤色を選択反射するコレステリック液晶からなる３層の表示層が積層された多色表示装置において、
   緑色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が、青色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異なることを特徴とする多色表示装置。
2. それぞれ青色、緑色、黄色、赤色を選択反射するコレステリック液晶からなる４層の表示層が積層された多色表示装置において、
   青色および黄色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が、互いに同一で、かつ緑色および赤色の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向と異なることを特徴とする多色表示装置。
3. 緑色を選択反射するコレステリック液晶からなる第１の表示層と、それぞれ青色および赤色、または赤色および青色を選択反射するコレステリック液晶からなる第２および第３の表示層とからなる３層の表示層が積層された多色表示装置において、
   前記第１、第２および第３の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が同一であるとともに、前記第１の表示層と、これに隣接する前記第２の表示層との間に、円偏光を逆向きに変える位相補償層を備えたことを特徴とする多色表示装置。
4. それぞれ青色および黄色、または黄色および青色を選択反射するコレステリック液晶からなる第１および第２の表示層と、それぞれ緑色および赤色、または赤色および緑色を選択反射するコレステリック液晶からなる第３および第４の表示層とからなる４層の表示層が積層された多色表示装置において、
   前記第１、第２、第３および第４の表示層のコレステリック液晶の螺旋捩じれ方向が同一であるとともに、前記第２の表示層と、これに隣接する前記第３の表示層との間に、円偏光を逆向きに変える位相補償層を備えたことを特徴とする多色表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの多色表示装置において、
   観察側から最も遠い表示層が、赤色を反射する表示層であるとともに、その表示層と、これより一つ観察側寄りの表示層との間に、赤色を透過し、それ以外の色光を吸収するカラーフィルタを備えたことを特徴とする多色表示装置。
6. 請求項１〜４のいずれかの多色表示装置において、
   すべての表示層のそれぞれが一対の電極間に形成され、それぞれの表示層ごとに個別に駆動電圧が印加されることを特徴とする多色表示装置。

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