JPH10221679A - 広帯域反射型表示器 - Google Patents
広帯域反射型表示器Info
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Abstract
り広い帯域幅で反射率を改善し、様々な角度から見たと
きの曇りをなくす。 【解決手段】 広帯域反射型表示器47は、反射率が改
善され、様々な角度から見た場合に曇りまたは不透明さ
がなく、従来の表示器より駆動電圧が低く、ピーク明所
視反射率が改善される。広帯域反射型表示器47は、複
数の基板対10と、各基板対10間に形成した液晶層と
ポリマー層とが交互に配された複数の層グループ48〜
64とを含み、液晶層とポリマー層との各グループ48
〜64はそれぞれ異なる波長の光を反射する。
Description
器およびその作製方法に関する。より特定的には、本発
明は、異なる波長を反射する複数の層を含む広帯域反射
型表示器、およびその作製方法に関する。
されている。これら反射液晶表示器の多くは、液晶分散
技術を利用している。このような表示器は反射モードの
動作では従来の偏光子ベースの表示器より優れている。
的に制御された光散乱に基づいて動作するポリマー分散
型液晶(PDLC)表示器である。この技術では、液晶
滴はポリマーマトリクス中に埋め込まれる。オフ状態で
は、液晶滴のアライメント(回転軸)はランダムで、液
晶とポリマーとの有効屈折率の不一致のため、不透明な
散乱膜ができる。電界をかけると、液晶滴中の液晶は電
界と平行に整列し、複合材は透明になる。しかし、直視
反射モードでのコントラスト比は5〜10:1で、セル
の厚みに大きく左右される。さらに、ポリマー分散型液
晶反射型表示器の反射率は、わずか約12〜15%であ
る。
射の原則に従って動作するポリマー分散型コレステリッ
ク液晶表示器(PDCLC)である。このコレステリッ
ク液晶表示器はコントラスト比がほぼ10:1で、環境
光下での明所視反射率が10〜13%、ブラッグ波長で
のピーク反射率が約40%である。
マー安定化コレステリックテキスチャ(PSCT)反射
型表示器である。これはコレステリック液晶媒体中にわ
ずかな量のポリマー添加剤を加えることによって、安定
網を構成する表示器である。コントラスト比は20〜3
0:1で、環境光下での明所視反射率が10〜15%、
ブラッグ波長でのピーク反射率がほぼ40%と報告され
ている。これ以外にも、ポリマーは使用しないが、上記
の表示器群に匹敵する性能を有する同様の表示器が開発
されている。
散型液晶表示器は、より新しい種類の反射液晶表示器で
ある。この表示器は、タナカら著の「ホログラフィを用
いて作製した反射カラー表示器用の液晶/ポリマー装置
(Holographically formed liquid crystal/polymer de
vice for reflective color displays)」(情報表示器
学会(Society for Information Display)議事録、1
994年、第2巻、第1号、37〜40頁)で報告され
ている。また、このようなホログラフ液晶表示器の最適
化については、タナカら著の「反射カラー表示器応用の
ためのホログラフPDLCの最適化(Optimization of
Holographic PDLC for Reflective Color Display Appl
ications)」(SID、1995年抄録、267〜27
0頁)に報告されている。このホログラフィを用いたポ
リマー分散型液晶は、光干渉技術を用いて試料内の所定
位置で液晶滴の面を形成し、液晶滴濃度の変調(modula
tion)を設定して作製する。こうして得られる光干渉
は、液晶滴内に包理される液晶材料誘導体が不整列であ
るオフ状態で、ブラッグ波長を反射する。定電圧の印加
後、液晶の屈折率とポリマーの屈折率とがほぼ一致すれ
ば、周期的な屈折率の変調はなくなり、入射光はすべて
透過する。表示器の分光反射率は作製過程で決定され、
任意の可視波長を反射するよう選択できる。上記のホロ
グラフ液晶/ポリマー反射カラー表示器は等方性ポリマ
ーを用いて作製されるので、相分離の間に液晶滴が形成
される。等方性のために、ポリマー分子の整列はランダ
ムで、また液晶の有効屈折率とポリマーの有効屈折率と
が一致せず、見る角度範囲が広くなるとこの不一致はさ
らに大きくなるので、ある角度から見ると表示装置は不
透明または曇って見える。また液晶滴が球形なので、こ
の表示装置はかなり高い駆動電圧が必要である。具体的
には、表示装置の駆動に必要な電圧は液晶滴の表面積対
体積比に比例する。かかる球形の液晶滴の表面積対体積
比は、3/R(Rは液晶滴の半径)である。
(08/792,268)「ホログラフィを用いて作製
した反射型表示器、液晶表示器、および投写システム、
ならびにその作製方法(Holographically Formed Refle
ctive Display, Liquid Crystal Display and Projecti
on System and Methods of Forming the Same)」は、ホ
ログラフィを用いた反射型表示器及び投写システムを開
示している。図4に示すように、フルカラー液晶表示器
は、ホログラフィを用いて作製した3つの反射型表示器
を含み、各表示器はそれぞれ異なる波長の光、例えば
赤、緑、青の光を反射する。一般にこれらの表示器の帯
域幅で、各色ごとに20nmである。
で、かなり広い帯域幅で反射率が改善され、様々な角度
から見たときに曇りのない反射型表示器が必要とされて
いる。
を解決するために、本発明の第1の実施形態では、従来
の装置と比較して、反射率が改善され、様々な角度から
見たときに曇りや不透明さがなく、駆動電圧が低く、か
つ明所視反射率が改善された、広帯域の反射型表示器を
提供する。本発明の広帯域反射型表示器は複数対の基板
を含み、各基板対間には、液晶層とポリマー層とが交互
に配された複数のグループが形成され、液晶層とポリマ
ー層との各グループは、異なる波長の光を反射する。
図面を参照して以下の詳細な説明を考慮すればよい。図
中、同一箇所には同一参照番号を付す。
た反射型表示器の作製時の様子を示す図である。基板1
0群の間には、酸化インジウムおよび酸化スズ層12
と、アライメント層14とが形成される。アライメント
層14は、ホモジニアス(平行)接地境界状態を望む場
合は磨りポリマー層(rubbed polymer layer)で構成し
てもよく、またはホメオトロピック(垂直)接地境界層
条件を望む場合は例えばシラン界面活性剤層で構成して
もよい。これについては後ほど詳述する。アライメント
層14間には、液晶溶剤に溶解した異方性ポリマー18
が配置される。異方性ポリマー18は光活性のあるモノ
マーおよび適当な光イニシエータを含んでもよい。液晶
/ポリマー混合物16は、機械的攪拌および熱によって
均質化される。
AおよびBを照射すると、装置中に干渉縞ができる。こ
の構造を図1(b)に示す。液晶/ポリマー混合物16
内でレーザの干渉パターン強度の高い領域はポリマー濃
度が高くなりポリマーシート20を形成する。一方、強
度の低い領域はポリマーの空洞ができ、液晶領域22と
なる。図1(b)に示すように、ポリマーシート20お
よび液晶領域22は多層構造となる。
型表示器8のオフ状態の様子を示す図である。オフ状態
は、酸化インジウムおよび酸化スズ層12間に電界をか
けない場合に発生する。オフ状態では、液晶領域22の
分子とポリマーシート20を構成する分子とは屈折率が
効果的に一致し、かつ互いに整列しているため、表示器
は透明で、すべての光を透過する。
(a)の液晶層22およびポリマーシート20の丸で囲
った部分15の拡大図であり、それぞれホモジニアスお
よびホメオトロピック接地境界状態についてのオフ状態
での屈折率の一致の様子を示す。具体的には、図2
(b)はアライメント層14が磨りポリマー層である場
合に形成されるホモジニアス接地境界状態を示す。この
ような磨りポリマー層は当該技術分野では公知であり、
従来の技術で作製される。磨りポリマー層は、ポリマー
シート20および液晶領域22内の分子を、ネマチック
液晶媒体の平らなアライメント方向沿いに基板10の表
面と概平行に形成させる。図2(b)に示すように、ポ
リマーシート20を形成するポリマー分子は異方性ポリ
マー分子であるから、分子は細長く、一方方向に整列し
ている。同様に、液晶領域22を形成する分子も異方性
であるから、ポリマーシートを形成する分子と同じ方向
に整列している。このようにアライメントの屈折率が一
致しているため、ホログラフィを用いた反射型表示器8
を様々な角度から見た場合に、表示器8の曇りを大幅に
抑えることができる。これに対して、ホログラフィを用
いた従来の反射型表示器は、ランダム整列の等方性ポリ
マーを使用するため、様々な角度から見た場合に曇りお
よび不透明さが生じる。
分の拡大図で、反射型表示器8のホメオトロピック接地
境界状態を示す。ホメオトロピック接地境界状態は、ア
ライメント層14が垂直アライメントを含む場合、例え
ばシラン界面活性剤層などの場合に生じる。これは、図
2(c)に示すように、ポリマーシート20内の異方性
ポリマーを基板10の表面とほぼ垂直に整列させる。同
様に、液晶領域22内の分子も異方性なため、ポリマー
シート20を形成する異方性ポリマー分子と同じ方向に
整列する。このような異方性ポリマーの使用によって
も、ホログラフィを用いた反射型表示器8を様々な角度
から見た場合に表示器8の曇りおよび不透明さを大幅に
抑えることができる。
型表示器8のオン状態の様子を示す。オン状態では、酸
化インジウムおよび酸化スズ層12間に電圧源24から
電圧が印加される。これにより、矢印Eで示す方向に電
界が形成され、表示器に所望の波長の光を反射させる。
反射光の所望の波長は、装置の作製時に、レーザまたは
他のホログラフィを用いた手段によって形成される干渉
縞の波長を、適宜、制御して選択できる。
の場合の、図3(a)の丸17内の部分の拡大図であ
る。図3(b)に示すように、酸化インジウムおよび酸
化スズ層12間に電界Eをかけることによって、液晶領
域22内の正の誘電異方性をもつ分子を、方向Eと平行
に整列させる。これにより所望の波長をもつ光だけが反
射し、それ以外の光はすべて透過する。
型表示器8のオン状態のホメオトロピック接地境界状態
を示す。ホメオトロピックアライメントの場合は、使用
する液晶材料は負の誘電異方性をもつ。電界Eをかける
と、液晶領域22内の負の誘電異方性をもつ分子が電界
方向Eと垂直に整列し、やはり所望の波長の光だけを反
射する。
型表示器(図1〜図3(c)参照)を利用したフルカラ
ー液晶表示器を示す。表面アライメントがホモジニアス
な場合、使用する液晶材料は正の誘電異方性をもつ。フ
ルカラー液晶表示器26は、ホログラフィを用いた3つ
の反射型表示器25,27および29(ホログラフィを
用いた反射型表示器8と同じ)を含み、各表示器はそれ
ぞれ異なる波長の光を反射する。フルカラー液晶表示器
26は、反射しない波長の光を吸収し表示器のコントラ
ストを強調する黒い吸収体28を含む。図4に示すよう
に、フルカラー液晶表示器26の上面31に矢印Fの方
向に環境光を露光させる。像を形成するには、各電圧源
24を独立制御して、ホログラフィを用いた、それぞれ
異なる光を反射する各反射型表示器8から選択的に光を
反射させる。例えば図4では、上部反射型表示器25は
465nmの波長の光を反射し、中央の反射型表示器2
7は545nmの波長の光を反射し、下部反射型表示器
29は620nmの波長の光を反射するように構成し
て、それぞれ青、緑、赤の波長を反射するようにしても
よい。3つのホログラフ反射表示層を選択的に駆動する
ことによって、入射光の広範な帯域からフルカラー画像
を形成することができる。
す。このシステムは、波長約620nmの赤の光を選択
的に反射する第1のホログラフィを用いた反射型表示器
30と、波長約545nmの緑の光を反射する第2の反
射型表示器32と、波長約465nmの青の光を反射す
る第3の反射型表示器34とを含む。
ィを用いた第1の反射型表示器30に入射すると、波長
約620nmの赤の光が矢印Gの方向に反射してミラー
38に入射し、そこから矢印Hに沿って出力方向に反射
する。波長約620nmの赤以外の光は、第1の反射型
表示器30を透過して矢印Iの方向に進み、第2の反射
型表示器32に入射する。第2の反射型表示器32は波
長約545nmの緑の光を矢印Jの方向に反射して、第
1のダイクロイックミラー40表面へ入射させる。第1
のダイクロイックミラー40は、ミラー38が反射した
赤の光を透過し、かつ緑の光を矢印H方向に反射する。
光源36からの光のうち、第2の反射型表示器32で反
射されなかった光は、第3の反射型表示器34へ進み、
ここで波長約465nmの青の光が矢印Kの方向に反射
して、第2のダイクロイックミラー42表面へ入射す
る。
た光は透過して、光止め35へ進む。第2のダイクロイ
ックミラー42は青の波長の光を矢印Hの方向に反射
し、かつミラー38および第1のダイクロイックミラー
40からの赤と緑の光を透過して出力へ進める。こうし
てフルカラー投写システム31によって、像の形成およ
び投写が行われる。
よび第3のホログラフィを用いた反射型表示器30,3
2および34が反射する各波長は、図2(a)〜図3
(c)で示す実施形態のところで説明したように、各表
示器が反射する光の波長を所望の値に調整して変更する
ことができる。
は、通常使用される一般的なネマチック液晶材料の代わ
りに、キラル・ネマチック液晶材料または強誘電性液晶
材料を使用することによって、双安定なスイッチングを
達成できる。双安定性については、本願に引用により援
用する関連出願(米国特許出願番号08/897,21
0)「キラル液晶および再構成可能な無機塊を用いた双
安定反射型表示器(Bistable Reflective Display Usin
g Chiral Liquid Crystal and ReconfigurableInorgani
c Agglomerates)」に詳細に議論されている。
示す。広帯域反射型表示器47は図4の反射型表示器2
6と同じだが、液晶層とポリマー層とが交互に配された
層のグループ48〜64を含む。各グループは1枚の液
晶層と1枚のポリマー層とで構成してもよく、または複
数枚の液晶層と複数枚のポリマー層とから構成してもよ
い。液晶層とポリマー層とが交互に配された各グループ
48〜64は、それぞれ異なる波長の光を反射するよう
に構成される。例えば、グループ48は中心波長610
nmの光を反射し、グループ50は中心波長630nm
の波長を反射し、グループ52は中心波長650nmの
波長を反射するように構成してもよい。このように液晶
層とポリマー層とが交互に配されたこれら3つのグルー
プ48,50および52は、それぞれ例えば20nmの
帯域幅をもち、赤の光の波長を密な間隔で反射する。
されたグループ54は中心波長520nmの光を反射
し、グループ56は中心波長540nmの光を反射し、
グループ58は中心波長560nmの光を反射するよう
に構成してもよい。従って、液晶層とポリマー層とが交
互に配置されたこれら3つのグループ54,56および
58は、それぞれ例えば20nmの帯域幅をもち、緑の
光の波長を密な間隔で反射する。
されたグループ60は、中心波長440nmの光を反射
し、グループ62は中心波長460nmの光を反射し、
グループ64は中心波長480nmの光を反射するよう
に構成してもよい。従って、液晶層とポリマー層とが交
互に配置されたこれら3つのグループ60,62および
64は、それぞれ例えば20nmの帯域幅をもち、青の
光を密な間隔で反射する。
されたグループ48〜64は、上記の図3(a)の実施
形態のところで説明したように、一度に1グループずつ
形成され、ある1つの層グループを適当な光の波長を反
射するように固定した後、次の層グループを形成する。
液晶層とポリマー層とが交互に配された次の層グループ
は、例えば周知のラミネーション法を用いて作製し、レ
ーザまたはその他のホログラフィ手段を適当な波長に調
整する。このようにして、液晶層とポリマー層とが交互
に配置され、それぞれ適切な波長をもつ各層グループが
形成される。各層グループは10〜20対の層を含むの
が一般的だが、必要に応じて増減してもよい。
広げるため、層の数は希望に応じて調整可能だが、層の
数が増えるとより高い駆動電圧が必要になる。また、各
層グループの中心帯域幅も調整可能である。
3層からなり、各層の中心帯域が460nm,540n
mおよび630nmである、図4に示すような反射型表
示器について、波長と反射率との関係を示すグラフであ
る。図7(a)に示すように、緑の波長の反射率が10
0%に達すると、所望の白点色度を達成するために、青
および赤のピークの反射率レベルが調整される。図7
(b)は、図4に示す表示器について得られる、赤、
緑、青の三原色と白点との色度値を示す。図7(b)中
の「H−PDLC」と付した三角形の領域は、表示器が
広帯域の光源D50によって表示可能な色の全領域また
は範囲を表す。比較用に、一般的なカラーCRTディス
プレイ用の同様の範囲も示す。図7(b)に示すよう
に、この表示器の明所視での白の反射率は24%であ
る。
層からなり、各層の中心帯域がそれぞれ440nm,4
60nm,480nm,520nm,540nm,56
0nm,610nm,630m,650nmである、図
6に示すような反射型表示器について、波長と反射率と
の関係を示すグラフである。図8(a)に示すように、
緑、赤、および青のピークの相対反射率の値は、所望の
白点色度を得るために調整されている。この構成では、
図4の表示器と比べて反射率のピーク帯域が大幅に広く
なっているので、この表示器の明所視での白の反射率は
61%にまで上昇している。図8(b)に示す色度図
は、図6に示す表示器について得られる赤、緑、青の三
原色と白点との色度を示す。「H−PLDC」と付した
三角形の領域は、表示器が広帯域の光源D50によって
表示可能な色の全領域または範囲を表す。比較用に、一
般的なカラーCRTディスプレイ用の同様の範囲も示
す。図8(b)に示すように、色範囲はわずかに狭くな
った代わりに、明所視での白の反射率が大きくなってい
る。
発明を説明したが、当業者には、多様な変更、変形、お
よび修正が明らかであると考える。従って、上記で説明
した本発明の好適な実施形態は一例にすぎず、これに限
定するものではなく、本発明の精神および範囲内で多数
の変更が可能である。
を当てる前の様子を示す概略図であり、(b)は本発明
の反射型表示器の概略図である。
アスおよびホメオトロピック接地境界状態を示す図であ
る。
アスおよびホメオトロピック接地境界状態を示す図であ
る。
である。
であり、(b)は色度とピーク明所視反射率との関係を
示すグラフである。
であり、(b)は色度とピーク明所視反射率との関係を
示すグラフである。
電圧源、47 広帯域反射型表示器、48〜64 グ
ループ(液晶層とポリマー層とから構成される)。
Claims (1)
- 【請求項1】 複数の基板対と、 前記各基板対間に形成された、液晶層とポリマー層とが
交互に配された層グループと、を含み、前記各層グルー
プはそれぞれ異なる波長の光を反射する広帯域反射型表
示器。
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