JP3748005B2 - 表示記憶媒体、画像書き込み方法および画像書き込み装置 - Google Patents
表示記憶媒体、画像書き込み方法および画像書き込み装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像(文字や図形などの情報を含む)を表示し、かつその表示状態を記憶する表示記憶媒体と、この表示記憶媒体に画像を書き込む方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
紙パルプの原料である森林資源の破壊や、ごみの廃却、焼却による環境汚染などから、オフィスを中心とする紙の大量消費が問題になっている。しかしながら、パーソナルコンピュータの普及や、インターネットを始めとする情報化社会の発達により、電子情報の一時的な閲覧を目的とする、いわゆる短寿命文書としての紙の消費は、益々増加する傾向にあり、紙に代わる書き換え可能な表示記憶媒体の実現が望まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで出願人は先に、特願平9−317049号(平成9年11月18日、出願)によって、無電源でのメモリ性を有し、外部装置によって短時間で画像を書き換えることができる、フルカラー表示可能な表示記憶媒体と、その画像書き込み方法および画像書き込み装置を提案した。
【0004】
この先願の発明では、表示記憶媒体として、一対の基板間に、それぞれブルー、グリーン、レッドの色光を選択反射し、図14に示すように、外部から印加される書き込み信号に対して、互いにしきい値電圧が異なるコレステリック液晶からなる表示層13A、13B、13Cを積層する。画像書き込み装置は、表示記憶媒体と別体に形成し、表示記憶媒体を挟持する一対の書き込み電極と駆動回路を設ける。
【0005】
そして、図15に示すように、リフレッシュ期間Trおよびセレクト期間Tsと、その後の無電圧の表示期間Tdとによって構成され、リフレッシュ期間Trおよびセレクト期間Tsでの印加電圧VrおよびVsが、Vr>Vsの関係をもって、各表示層のコレステリック液晶のしきい値電圧を境界とする7段階の電圧から選定された電圧となる書き込み信号を一対の書き込み電極間に印加して、画像を表示する。
【0006】
しかしながら、この先願の発明の表示記憶媒体と、その画像書き込み方法および画像書き込み装置では、図16に示すように(同図中の「p」はプレーナー組織による選択反射状態、「f」はフォーカルコニック組織による透過状態、をそれぞれ表し、図14のような特性の表示層13C、13B、13Aの順に示している)、上記のリフレッシュ電圧Vrおよびセレクト電圧Vsによって取り得る各表示層の配向状態の組み合わせは7種類であり、ホワイト、ブラック、ブルー、グリーンおよびレッドの5色と、各表示層のコレステリック液晶のしきい値電圧の大小によって決まる、シアン、イエローおよびマゼンタの3つの2次色のうちの2つ、の合計7色しか表示することができない。したがって、シアン、イエローおよびマゼンタの3つの2次色のうち、表示できない1色に関しては、1次色であるブルー、グリーンおよびレッドの並置混色で表現しなくてはならず、色再現域(色再現範囲)が狭くなってしまうという欠点がある。
【0007】
そこで、この発明は、無電源でのメモリ性を有し、外部装置によって短時間で画像を書き換えることができる、フルカラー表示可能な表示記憶媒体と、その画像書き込み方法および画像書き込み装置において、一画素内で、ホワイト、ブラック、ブルー、グリーン、レッド、シアン、イエローおよびマゼンタの8色を表示できるようにし、色再現域を拡大することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の表示記憶媒体は、
少なくとも、それぞれ可視光中の互いに異なる色光を選択反射するコレステリック液晶によって構成された複数の表示層が積層されるとともに、その複数の表示層に外部から印加される電圧に対して、その複数の表示層のコレステリック液晶のしきい値電圧が異なる表示記憶媒体において、
少なくとも前記複数の表示層の一つが、二周波駆動コレステリック液晶によって構成され、かつ、
前記二周波駆動コレステリック液晶のクロスオーバー周波数近傍の周波数の電圧が前記複数の表示層の外部から印加されたときに、前記二周波駆動コレステリック液晶によって構成された表示層がプレーナー組織からフォーカルコニック組織に配向変化することなく選択反射状態を維持する上限電圧が、前記二周波駆動コレステリック液晶によって構成された表示層と異なる表示層がプレーナー組織からフォーカルコニック組織に配向変化して透過状態となる下限電圧以上となるように構成されたことを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明では、請求項1の表示記憶媒体に画像を書き込む方法として、前記複数の表示層の外部から、少なくとも、リフレッシュ期間、第1セレクト期間および第2セレクト期間と、その後の無電圧の表示期間とによって構成され、そのリフレッシュ期間での電圧Vrおよび第1セレクト期間での電圧Vs1がVr>Vs1の関係を有するとともに、少なくとも第1セレクト期間と第2セレクト期間での周波数が異なる書き込み信号を印加するものとする。
【0010】
請求項3の発明では、請求項1の表示記憶媒体に画像を書き込む装置として、前記複数の表示層の外部から、少なくとも、リフレッシュ期間、第1セレクト期間および第2セレクト期間と、その後の無電圧の表示期間とによって構成され、そのリフレッシュ期間での電圧Vrおよび第1セレクト期間での電圧Vs1がVr>Vs1の関係を有するとともに、少なくとも第1セレクト期間と第2セレクト期間での周波数が異なる書き込み信号を印加するものとする。
【0011】
【作用】
この発明によれば、表示記憶媒体は、少なくとも一つの表示層が、駆動周波数によって誘電異方性が大きく変化する二周波駆動コレステリック液晶によって構成されているため、印加する信号の周波数を変化させることにより、二周波駆動コレステリック液晶によって構成されている表示層と、それ以外の表示層との間で、それらの表示層を構成しているコレステリック液晶のしきい値電圧の相対的な関係を大きく変化させることができる。したがって、先願の発明と同様にして、リフレッシュ期間および第1セレクト期間の書き込み信号によって、3つの表示層を7種類の配向状態のいずれかに選択した後、先願の発明とは異なり、第2セレクト期間において、少なくとも2つの表示層に関して、それらの表示層を構成しているコレステリック液晶のしきい値電圧の大小関係を逆転させることができるような、第1セレクト期間とは異なる周波数の書き込み信号を印加することによって、先願の発明では選択できない残りの一つの配向状態を選択することが可能になり、色再現域を拡大することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に、この発明の表示記憶媒体および画像書き込み装置の一実施形態を示す。
【0013】
表示記憶媒体1は、この実施形態では、基板2、3間に、表示面側(外光入射側)から、それぞれ可視光中の互いに異なる色光を選択反射するコレステリック液晶からなる3つの表示層8A、8B、8Cを、表示層8A、8B、8Cには、それぞれスペーサー7A、7B、7Cを挿入し、表示層8A、8B間には分離基板4を介し、表示層8B、8C間には分離基板5を介して積層し、非表示面側の基板3の裏面に光吸収層6を設けたものとする。
【0014】
基板2、3は、ガラスやシリコン、またはポリエステル(ポリエチレンテレフタレート)、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネートなどの高分子フィルムを用いることができ、少なくとも表示面側の基板2は、光透過性を有する材料により形成する。
【0015】
基板2、3の厚みは、数10μm〜数100μmで、自己支持性と可とう性を併せ持つことが好ましい。また、表示層8A、8B、8Cへの分圧比を大きくするため、できるだけ誘電率の大きいことが好ましい。また、必要に応じて、その表面に、液晶配向層、耐摩耗層、表示記憶媒体1内へのガスの混入を防止するバリア層などの公知の機能性膜を形成してもよい。
【0016】
分離基板4、5は、基板2、3と同様の高分子フィルムを用いることができ、光透過性を有する材料により形成する。その厚みは、数μm〜数10μmで、可とう性を有することが好ましい。また、基板2、3と同様に、表示層8A、8B、8Cへの分圧比を大きくするため、できるだけ誘電率の大きいことが好ましい。また、必要に応じて、その表面に、液晶配向層などの公知の機能性膜を形成してもよい。
【0017】
スペーサー7A、7B、7Cは、ガラスやプラスチックなどからなるボール型またはシリンダー型のものを用いることができ、それぞれ表示層8A、8B、8Cの厚みを数μm〜数10μmに制御する。特に、基板2、3に可とう性を有する材料を用いる場合には、基板2、3の変形によって表示層8A、8B、8Cの厚みが大きく変化しないように、周囲に接着成分が塗布されたスペーサー7A、7B、7Cを用いて各基板間を接着し、あるいはスペーサー7A、7B、7Cの移動を防止することが好ましい。
【0018】
また、スペーサー7A、7B、7Cの代わりに、基板2、3および分離基板4、5の表面に、表示層8A、8B、8Cの厚みを制御しうる突起物などを形成してもよい。
【0019】
光吸収層6は、表示層8A、8B、8Cを透過した入射光を吸収するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラックなどの色素が含有された高分子膜を用いることができる。
【0020】
なお、非表示面側の基板3の裏面に光吸収層6を形成する代わりに、基板3と基板3上に形成される表示層8Cとの間に光吸収層6を形成し、または基板3に光吸収性を持たせて光吸収層6を省略することもできる。
【0021】
表示層8A、8B、8Cのうち少なくとも一層は、駆動周波数によってしきい値電圧が大きく変化するコレステリック液晶で構成する。このようなコレステリック液晶としては、例えば、分子短軸方向に極性基を有する3環以上の構造を持ち、駆動周波数によって誘電異方性が大きく変化する二周波駆動ネマチック液晶を主成分とする、低駆動周波数において正の誘電異方性を有するネマチック液晶に、ステロイド系コレステロール誘導体、あるいはシッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系などのネマチック液晶の一部に光学活性基を導入したカイラルネマチック液晶をカイラル剤として添加した材料を用いることができる。
【0022】
表示層8A、8B、8Cのうち上記以外の表示層を構成するコレステリック液晶としては、ステロイド系コレステロール誘導体、あるいはシッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系などのネマチック液晶の一部に光学活性基を導入したカイラルネマチック液晶、またはこれらを、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、エタン系、ビフェニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、安息香酸エステル系、ピリミジン系、ジオキサン系、トラン系、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系、アルケニル系などの正の誘電率異方性を有するネマチック液晶、またはこれらの混合液晶に、カイラル剤として添加した材料を用いることができる。
【0023】
液晶分子が螺旋構造を持つコレステリック液晶は、入射光を右円偏光と左円偏光に分け、螺旋の捩じれ方向に一致する円偏光成分をブラッグ反射し、残りの光を透過させる選択反射現象を起こす。反射光の中心波長λ、および反射波長幅Δλは、螺旋ピッチをp、平均屈折率をn、複屈折率をΔnとすると、それぞれλ=n・p、Δλ=Δn・pで表され、コレステリック液晶層による反射光は螺旋ピッチに依存した鮮やかな色を呈する。
【0024】
正の誘電異方性を有するコレステリック液晶は、図12(A)に示すように、螺旋軸がセル表面に垂直になり、入射光に対して上記の選択反射現象を起こすプレーナー組織、同図(B)に示すように、螺旋軸がほぼセル表面に平行になり、入射光を少し前方散乱させながら透過させるフォーカルコニック組織、および同図(C)に示すように、螺旋構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向き、入射光をほぼ完全に透過させるホメオトロピック組織、の3つの状態を示す。
【0025】
上記の3つの組織のうち、プレーナー組織とフォーカルコニック組織は、無電圧で双安定に存在することができる。したがって、コレステリック液晶の配向状態は、液晶層に印加される電圧に対して一義的に決まらず、プレーナー組織が初期状態の場合には、印加電圧の増加に伴って、プレーナー組織、フォーカルコニック組織、ホメオトロピック組織の順に変化し、フォーカルコニック組織が初期状態の場合には、印加電圧の増加に伴って、フォーカルコニック組織、ホメオトロピック組織の順に変化する。
【0026】
一方、液晶層に印加した電圧を急激にゼロにした場合には、プレーナー組織とフォーカルコニック組織はそのままの状態を維持し、ホメオトロピック組織はプレーナー組織に変化する。
【0027】
したがって、パルス信号を印加した直後のコレステリック液晶層は、図13に示すような電気光学応答を示し、印加されたパルス信号の電圧が、Vfh,90以上のときには、ホメオトロピック組織からプレーナー組織に変化した選択反射状態となり、Vpf,10とVfh,10の間のときには、フォーカルコニック組織による透過状態となり、Vpf,90以下のときには、パルス信号印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナー組織による選択反射状態またはフォーカルコニック組織による透過状態となる。
【0028】
ただし、図中、縦軸は正規化反射率であり、最大反射率を100、最小反射率を0として、正規化している。また、反射率の変化には遷移領域が存在するため、正規化反射率が90以上の場合を選択反射状態、正規化反射率が10以下の場合を透過状態と定義し、プレーナー組織とフォーカルコニック組織のしきい値電圧を、遷移領域の前後に対して、それぞれVpf,90、Vpf,10とし、フォーカルコニック組織とホメオトロピック組織のしきい値電圧を、遷移領域の前後に対して、それぞれVfh,10、Vfh,90とする。
【0029】
コレステリック液晶の螺旋ピッチは、ネマチック液晶に対するカイラル剤の添加量で調整し、例えば、表示層8A、8B、8Cの選択反射光の中心波長が、それぞれ400〜500nm、500〜600nm、600〜700nmの範囲内になるようにする。ネマチック液晶に対するカイラル剤の溶解度が低く、上記範囲内の選択反射波長が得られない場合や、等方相転移温度が低下しすぎる場合には、複数のカイラル剤を添加する公知の手法を用いてもよい。また、コレステリック液晶の螺旋ピッチの温度依存性を補償するために、捩じれ方向が異なる、または逆の温度依存性を示す複数のカイラル剤を添加する公知の手法を用いてもよい。
【0030】
画像書き込み装置9は、表示記憶媒体1とは別体に形成し、この実施形態では、表示記憶媒体1を挟持する書き込み電極10、11と、この電極10、11間に書き込み信号を印加する駆動回路12とによって構成する。駆動回路12は、図では省略したが、駆動電源と、入力された画像データに基づいて、電極10、11間に印加する信号を制御する制御部とによって構成する。
【0031】
画像書き込み装置9は、例えば、電極10、11間に表示記憶媒体1の厚み分の間隔を有し、画像書き込み時には、その間隔内に表示記憶媒体1を所定位置まで差し込んで、後述するように表示記憶媒体1に画像を書き込み、または、電極10側を電極11側に対して開閉できるようにして、電極10側を開いて表示記憶媒体1を所定位置に挿入した後、電極10側を閉じて表示記憶媒体1に画像を書き込む、などの構成とすることができる。
【0032】
なお、この発明の画像書き込み装置9は、この発明の表示記憶媒体1に対して外部から、この発明の画像書き込み方法による書き込み信号を印加できるものであればよく、例えば、画素サイズの電極を備えるペン書き込み型の書き込み装置、一次元に電極が配置されたライン走査書き込み型の書き込み装置、二次元に電極が配置された面書き込み型の書き込み装置、またはこれらの形態でイオン流を発生させる表示装置など、特に限定されるものではない。
【0033】
図1の実施形態は、表示層8A、8B、8Cをコレステリック液晶のみからなる構造とした場合であるが、表示層8A、8B、8Cを、コレステリック液晶の連続相中に網目状の高分子を含むPNLC(Polymer Network Liquid Crystal)構造や、高分子の骨格中にコレステリック液晶がドロップレット状に分散されたPDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)構造とすることもできる。
【0034】
表示層8A、8B、8CをPNLC構造やPDLC構造とすることによって、コレステリック液晶と高分子の界面にアンカリング効果が発生し、無電圧でのプレーナー組織またはフォーカルコニック組織の保持状態を安定にするとともに、スイッチング速度を向上させることができる。さらに、螺旋軸の揺らぎによって視野角が向上し、ソリッドな表示テクスチャを得ることができる。
【0035】
図2に、図1に示して上述した、この発明の表示記憶媒体1の等価回路を示す。
【0036】
図中、COおよびROは、表示層以外の構成要素の等価静電容量および等価抵抗値で、図1に示した実施形態では、基板2、3および分離基板4、5の、静電容量および抵抗値の直列和を示し、VOは、表示記憶媒体1に外部の画像書き込み装置9から電圧Vが印加された場合に、これら表示層以外の構成要素で発生する電圧降下を示す。通常、表示層以外の構成要素の等価抵抗値ROは十分に大きく、表示層以外の構成要素は絶縁体とみなすことができる。
【0037】
図中、CA、CB、CCおよびRA、RB、RCは、それぞれ表示層8A、8B、8Cの静電容量および抵抗値を示し、VA、VB、VCは、表示記憶媒体1に外部の画像書き込み装置9から電圧Vが印加された場合に、表示層8A、8B、8Cのそれぞれに実際に印加される電圧を示す。通常、表示層8A、8B、8Cの抵抗値RA、RB、RCは十分に大きく、また、静電容量CA、CB、CCは、液晶が誘電異方性を有することから、液晶の配向状態に依存して変化する。
【0038】
表示記憶媒体1に外部の画像書き込み装置9から電圧Vが印加された場合、各表示層8A、8B、8Cに実際に印加される電圧VA、VB、VCは、以下のようになる。
【0039】
VA=(C/CA)V …(1)
VB=(C/CB)V …(2)
VC=(C/CC)V …(3)
ここで、
C=CACBCCCO/(CACBCC+CACBCO+CACCCO+CBCCCO) …(4)
である。
【0040】
このように、この発明の表示記憶媒体1に対して、外部の画像書き込み装置9から任意の電圧を印加した場合、各表示層8A、8B、8Cには、それぞれ上記のような静電容量分圧による電圧が印加され、それぞれ、その電圧に応じて、各表示層8A、8B、8Cのコレステリック液晶の配向状態が変化する。
【0041】
したがって、この発明の表示記憶媒体1においては、外部の画像書き込み装置9から印加される電圧Vの、各表示層8A、8B、8Cへの分配比と、実際に印加される電圧VA、VB、VCに対する各表示層8A、8B、8Cの電気光学応答との、2つを制御することによって、外部の画像書き込み装置9から印加された電圧Vに対する各表示層8A、8B、8Cの電気光学応答を、所望の構成にすることができる。
【0042】
具体的には、前者の、各表示層8A、8B、8Cへの分配比は、上記のように各表示層8A、8B、8Cの静電容量比によって、後者の、各表示層8A、8B、8Cの電気光学応答は、各表示層8A、8B、8Cを構成するコレステリック液晶の誘電異方性、弾性率および螺旋ピッチ、さらに高分子を添加した場合には、高分子の構造や相分離プロセスなどに影響を受ける高分子と液晶の界面におけるアンカリング効果の程度などによって、制御することができる。
【0043】
さらに、外部の画像書き込み装置9から印加される書き込み信号の周波数によって、各表示層8A、8B、8Cを構成するコレステリック液晶の誘電率および誘電異方性が変化し、各表示層8A、8B、8Cの静電容量比および電気光学応答が変化するため、外部の画像書き込み装置9から印加される書き込み信号の周波数を制御することによって、外部の画像書き込み装置9から印加される電圧Vに対する各表示層8A、8B、8Cの電気光学応答を、所望の構成にすることができる。
【0044】
図3に、表示層8Cをクロスオーバー周波数fcの二周波駆動コレステリック液晶で構成した表示記憶媒体の、外部の画像書き込み装置9によって印加されたfcより低い周波数faの書き込み信号に対する、各表示層8A、8B、8Cの電気光学応答を示す。周波数faは直流を含む。
【0045】
周波数faの書き込み信号に対して、この表示記憶媒体は、3つの表示層8A、8B、8Cの、選択反射状態と透過状態の間の遷移領域が、同じ印加電圧で存在しないように構成する。しきい値電圧が最も大きい表示層を8A、中間の表示層を8B、最も小さい表示層を8Cとした場合、電圧Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vf、Vgを、
Va:表示層8CのVpf,90以下の電圧、
Vb:表示層8CのVpf,10と表示層8BのVpf,90との間の電圧、
Vc:表示層8BのVpf,10と表示層8AのVpf,90との間の電圧、
Vd:表示層8AのVpf,10と表示層8CのVfh,10との間の電圧、
Ve:表示層8CのVfh,90と表示層8BのVfh,10との間の電圧、
Vf:表示層8BのVfh,90と表示層8AのVfh,10との間の電圧、
Vg:表示層8AのVfh,90以上の電圧、
とする。
【0046】
図4に、表示層8Cをクロスオーバー周波数fcの二周波駆動コレステリック液晶で構成した表示記憶媒体の、外部の画像書き込み装置9によって印加されたfc近傍の周波数fbの書き込み信号に対する、各表示層8A、8B、8Cの電気光学応答を示す。
【0047】
周波数fbの書き込み信号に対して、この表示記憶媒体は、少なくとも表示層8A、8Bの、プレーナー組織からフォーカルコニック組織への配向変化に伴う選択反射状態と透過状態の間の遷移領域が、同じ印加電圧で存在しないとともに、表示層8Cが配向変化を生じない不感帯の上限電圧Vpf,90が、表示層8BのVpf,10以上になるように構成する。
【0048】
電圧Vh、Viは、
Vh:表示層8BのVpf,90以下の電圧、
Vi:表示層8Cの不感帯で、かつ表示層8BのVpf,10と表示層8AのVpf,90との間の電圧、
とする。
【0049】
なお、図4は表示層8Cの誘電異方性が正になるfb<fcの場合で、fb=fcの場合には、表示層8Cの誘電異方性が無くなって、全ての印加電圧領域が不感帯になり、表示層8Cの誘電異方性が負になるfb>fcの場合には、図4に示すfb<fcの場合とは逆に、フォーカルコニック組織からプレーナー組織への配向変化が不感帯の上限で生じる。
【0050】
そして、外部の画像書き込み装置9によって、図5に示すような、少なくとも、それぞれ周波数faのリフレッシュ期間Trおよび第1セレクト期間Ts1と、周波数fbの第2セレクト期間Ts2と、その後の無電圧の表示期間Tdとによって構成され、そのリフレッシュ期間Trでの電圧Vrおよび第1セレクト期間Ts1での電圧Vs1が、Vr>Vs1の関係をもって、入力画像データに基づいて、上記の周波数faにおける7段階の電圧Va〜Vgから選定された電圧となるとともに、第2セレクト期間Ts2での電圧Vs2が、上記の周波数fbにおける2段階の電圧Vh、Viから選定された電圧となる書き込み信号を、上記の表示記憶媒体に印加する。
【0051】
図6は、この場合のリフレッシュ電圧Vr、第1セレクト電圧Vs1および第2セレクト電圧Vs2の組み合わせによる、表示層8A、8B、8Cの配向状態を示したもので、「p」はプレーナー組織による選択反射状態、「f」はフォーカルコニック組織による透過状態、「?」は書き込み信号の印加前の状態に依存する未確定状態、をそれぞれ表し、表示層8C、8Bおよび8Aの順に示している。
【0052】
これから明らかなように、上記の表示記憶媒体および画像書き込み方法によれば、
(1)表示層8A、8Bおよび8Cの3層全てがプレーナー組織の状態、
(2)表示層8A、8Bおよび8Cの3層全てがフォーカルコニック組織の状態、
(3)表示層8Aがプレーナー組織で、表示層8Bおよび8Cがフォーカルコニック組織の状態、
(4)表示層8Bがプレーナー組織で、表示層8Aおよび8Cがフォーカルコニック組織の状態、
(5)表示層8Cがプレーナー組織で、表示層8Aおよび8Bがフォーカルコニック組織の状態、
(6)表示層8Aおよび8Bがプレーナー組織で、表示層8Cがフォーカルコニック組織の状態、
(7)表示層8Bおよび8Cがプレーナー組織で、表示層8Aがフォーカルコニック組織の状態、
(8)表示層8Aおよび8Cがプレーナー組織で、表示層8Bがフォーカルコニック組織の状態、
の8種類の配向状態が得られる。
【0053】
したがって、例えば、表示層8Aをブルーの色光、表示層8Bをグリーンの色光、表示層8Cをレッドの色光、をそれぞれ選択反射するように構成した場合には、図7に示すように(同図中の「T」は、対応する層がフォーカルコニック組織による透過状態であることを示す)、
(1)Vr=Vg、Vs1=Va、Vs2=Vhの書き込み信号によって、ホワイト(W)が表示される状態、
(2)例えば、Vr=Ve、Vs1=Vc、Vs2=Vhの書き込み信号によって、ブラック(Bk)が表示される状態、
(3)例えば、Vr=Vg、Vs1=Vc、Vs2=Vhの書き込み信号によって、ブルー(B)が表示される状態、
(4)Vr=Vf、Vs1=Vb、Vs2=Vhの書き込み信号によって、グリーン(G)が表示される状態、
(5)例えば、Vr=Ve、Vs1=Va、Vs2=Vhの書き込み信号によって、レッド(R)が表示される状態、
(6)Vr=Vg、Vs1=Vb、Vs2=Vhの書き込み信号によって、シアン(C)が表示される状態、
(7)Vr=Vf、Vs1=Va、Vs2=Vhの書き込み信号によって、イエロー(Y)が表示される状態、
(8)Vr=Vg、Vs1=Va、Vs2=Viの書き込み信号によって、マゼンタ(M)が表示される状態、
の8つの表示状態を取りうるようになり、一画素内で、ホワイト、ブラック、ブルー、グリーン、レッド、シアン、イエローおよびマゼンタの8色を表示することができる。
【0054】
さらに、ディザ法や誤差拡散法などの面積階調を行うことによって、フルカラー表示を行うことができる。
【0055】
なお、それぞれブルー、グリーンおよびレッドの色光を選択反射する表示層の積層順序、またはしきい値電圧の大小は、上記の例に限らず、任意に構成することができる。
【0056】
また、この発明は、コレステリック液晶からなる3つの表示層8A、8B、8Cに対して一括に電圧を印加する構成の全てに適用することができ、例えば、基板2、3の内面に駆動電極を有する実施形態、基板2、3の内面に駆動電極および光導電層を有し、画像書き込み装置から光導電層に照射される光量を制御することによって、画像書き込み装置から駆動電極間に書き込み信号が印加された場合の表示層全体に実際に印加される電圧を制御する実施形態、などとすることができる。
【0057】
(実施例1)
レッドの表示層を構成するコレステリック液晶として、二周波駆動ネマチック液晶(チッソ社製DF−02XX)を81.0wt%、カイラル剤1(メルク社製S811)を15.2wt%、カイラル剤2(メルク社製S1011)を3.8wt%の割合で混合した。
【0058】
グリーンの表示層を構成する材料として、ネマチック液晶1(メルク社製ZLI4389)を7.4wt%、ネマチック液晶2(メルク社製MLC2038)を66.8wt%、カイラル剤1(メルク社製CB15)を21.5wt%、カイラル剤2(メルク社製R1011)を4.3wt%の割合で混合したコレステリック液晶に、高分子前駆体(ノーランド社製NOA65)を15.0wt%の割合で添加した。
【0059】
積層状態では、各表示層の特性を個別に評価することができないため、この実施例では、レッドの表示層からなる表示セル、およびグリーンの表示層からなる表示セルを作製し、表示層が積層された場合と電気的に等価になるように、各表示セルを直列に接続した状態で画像の書き込みを行い、この発明の原理を検証した。
【0060】
ITO透明電極をスパッタ蒸着した1.1mm厚の一対のガラス基板(コーニング社製7059)に、垂直配向ポリイミド(日産化学社製SE7511L)を塗布形成し、一方のガラス基板の裏面に、ブラック樹脂(日本化薬社製BKR105)の光吸収層をスピンコートした後、5μm径の球状スペーサー(積水ファインケミカル社製ミクロパールSP−205)を介して空セルとした。これに、100℃のホットプレート上で、上記レッドのコレステリック液晶を毛管注入して、レッド表示セルを得た。
【0061】
同様に、ITO透明電極をスパッタ蒸着した1.1mm厚の一対のガラス基板(コーニング社製7059)を、一方のガラス基板の裏面にブラック樹脂(日本化薬社製BKR105)の光吸収層をスピンコートした後、5μm径の球状スペーサー(積水ファインケミカル社製ミクロパールSP−205)を介して空セルとした。これに、80℃のホットプレート上で、上記グリーンのコレステリック液晶に高分子前駆体が添加された材料を毛管注入し、表示面側から50mW/cm2(365nm)のUV光を30秒間照射して、グリーン表示セルを得た。
【0062】
各表示セルの表示特性および誘電特性を、積分球型分光測色計およびインピーダンスアナライザーを用いて測定した。
【0063】
図8に、各表示セルの選択反射状態での反射スペクトルを、図9に、レッド表示セルの誘電率の周波数分散を、それぞれ示す。なお、図9中、ε(h)はホメオトロピック配向時、ε(p)はプレーナー配向時の、それぞれ比誘電率を示し、Δεはε(h)−ε(p)である。
【0064】
レッドおよびグリーンの表示セルを直列に接続し、図9の測定結果に基づいて、50Hzのリフレッシュ電圧を250m秒、50Hzの第1セレクト電圧を250m秒、3kHzの第2セレクト電圧を250m秒、印加した。
【0065】
図10に、リフレッシュ電圧によって両表示セルを選択反射状態に選択した後、任意の電圧値の第1セレクト電圧を印加した場合の各表示セルの反射率変化を、図11(a)(黒丸および白丸)に、リフレッシュ電圧および第1セレクト電圧によって両表示セルを選択反射状態に選択した後、任意の電圧値の第2セレクト電圧を印加した場合の各表示セルの反射率変化を、図11(b)(黒四角および白四角)に、リフレッシュ電圧および第1セレクト電圧によって、レッド表示セルを透過状態、グリーン表示セルを選択反射状態に選択した後、任意の電圧値の第2セレクト電圧を印加した場合の各表示セルの反射率変化を、それぞれ示す。
【0066】
これから、例えば、第2セレクト電圧の上記Vhを0V、Viを170Vに設定することによって、この発明の画像書き込み方法を行うことが可能であることを確認した。
【0067】
(実施例2)
レッドの表示層を構成するコレステリック液晶として、二周波駆動ネマチック液晶(チッソ社製DF−02XX)を81.0wt%、カイラル剤1(メルク社製S811)を15.2wt%、カイラル剤2(メルク社製S1011)を3.8wt%の割合で混合した。
【0068】
グリーンの表示層を構成するコレステリック液晶として、ネマチック液晶1(メルク社製E7)を7.7wt%、ネマチック液晶2(メルク社製MLC2037)を69.5wt%、カイラル剤1(メルク社製CB15)を19.0wt%、カイラル剤2(メルク社製R1011)を3.8wt%の割合で混合した。
【0069】
ブルーの表示層を構成するコレステリック液晶として、ネマチック液晶1(メルク社製ZLI4389)を7.3wt%、ネマチック液晶2(メルク社製MLC2038)を66.3wt%、カイラル剤1(メルク社製CB15)を22.0wt%、カイラル剤2(メルク社製R1011)を4.4wt%の割合で混合した。
【0070】
PVA(和光純薬工業社製1000)の10wt%水溶液に、各コレステリック液晶をそれぞれ1:2.5の割合で混合し、ホモジナイザーを用いて10000rpmで10分間撹拌して、それぞれレッド、グリーンおよびブルーのエマルジョンを作製した。
【0071】
粘度を調整したレッドのエマルジョンを、ITO透明電極をスパッタ蒸着した125μm厚のPETフィルム(東レ社製ハイビーム)上に、ドクターブレードを用いて塗布し、70℃で10分間乾燥させて、約10μm厚のPDLC構造のレッド表示層を形成した。
【0072】
3色の表示層が積層配置されるように、そのレッド表示層上に、同様の方法でグリーンおよびブルーの表示層を順次塗布形成し、ブルー表示層上に、ITO透明電極をスパッタ蒸着した125μm厚のPETフィルム(東レ社製ハイビーム)を、ラミネータを用いて密着させ、非表示面側のPETフィルムの裏面に、ブラック樹脂(日本化薬社製BKR105)の光吸収層を形成して、3色の表示層が積層配置された表示記憶媒体を得た。
【0073】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、無電源でのメモリ性を有し、外部装置によって短時間で画像を書き換えることができる、フルカラー表示可能な表示記憶媒体と、その画像書き込み方法および画像書き込み装置において、一画素内で、ホワイト、ブラック、ブルー、グリーン、レッド、シアン、イエローおよびマゼンタの8色を表示することが可能となり、色再現域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す図である。
【図2】この発明の一実施形態の等価回路を示す図である。
【図3】この発明の一実施形態の低周波信号に対する電気光学応答を示す図である。
【図4】この発明の一実施形態の高周波信号に対する電気光学応答を示す図である。
【図5】この発明の一実施形態の書き込み信号を示す図である。
【図6】この発明の一実施形態の配向状態を示す図である。
【図7】この発明の一実施形態の表示状態を示す図である。
【図8】実施例の各表示セルの選択反射状態での反射スペクトルを示す図である。
【図9】実施例のレッド表示セルの誘電率の周波数分散を示す図である。
【図10】実施例の第1セレクト電圧に対する各表示セルの反射率変化を示す図である。
【図11】実施例の第2セレクト電圧に対する各表示セルの反射率変化を示す図である。
【図12】正の誘電異方性を有するコレステリック液晶の配向変化を示す図である。
【図13】正の誘電異方性を有するコレステリック液晶の電気光学応答を示す図である。
【図14】先願の発明の表示記憶媒体の一例の電気光学応答を示す図である。
【図15】先願の発明における書き込み信号の一例を示す図である。
【図16】先願の発明の表示記憶媒体の一例の配向状態を示す図である。
【符号の説明】
1…表示記憶媒体
2,3…基板
4,5…分離基板
6…光吸収層
8A,8B,8C…表示層
9…画像書き込み装置
10,11…書き込み電極
12…駆動回路
Claims (3)
- 少なくとも、それぞれ可視光中の互いに異なる色光を選択反射するコレステリック液晶によって構成された複数の表示層が積層されるとともに、その複数の表示層に外部から印加される電圧に対して、その複数の表示層のコレステリック液晶のしきい値電圧が異なる表示記憶媒体において、
少なくとも前記複数の表示層の一つが、二周波駆動コレステリック液晶によって構成され、かつ、
前記二周波駆動コレステリック液晶のクロスオーバー周波数近傍の周波数の電圧が前記複数の表示層の外部から印加されたときに、前記二周波駆動コレステリック液晶によって構成された表示層がプレーナー組織からフォーカルコニック組織に配向変化することなく選択反射状態を維持する上限電圧が、前記二周波駆動コレステリック液晶によって構成された表示層と異なる表示層がプレーナー組織からフォーカルコニック組織に配向変化して透過状態となる下限電圧以上となるように構成されたことを特徴とする表示記憶媒体。 - 請求項1の表示記憶媒体に画像を書き込む方法において、
前記複数の表示層の外部から、少なくとも、リフレッシュ期間、第1セレクト期間および第2セレクト期間と、その後の無電圧の表示期間とによって構成され、そのリフレッシュ期間での電圧Vrおよび第1セレクト期間での電圧Vs1がVr>Vs1の関係を有するとともに、少なくとも第1セレクト期間と第2セレクト期間での周波数が異なる書き込み信号を印加することを特徴とする画像書き込み方法。 - 請求項1の表示記憶媒体に画像を書き込む装置において、
前記複数の表示層の外部から、少なくとも、リフレッシュ期間、第1セレクト期間および第2セレクト期間と、その後の無電圧の表示期間とによって構成され、そのリフレッシュ期間での電圧Vrおよび第1セレクト期間での電圧Vs1がVr>Vs1の関係を有するとともに、少なくとも第1セレクト期間と第2セレクト期間での周波数が異なる書き込み信号を印加することを特徴とする画像書き込み装置。
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