(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型ディスプレイであって、
前記ディスプレイは、
第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板と第２基板との間に形成された光反射媒体とを備え、
前記光反射媒体が、前記第１基板と前記第２基板との間のホログラム構造ポリマー分散コレステリック液晶材料を備え、
ホログラム構造ポリマー分散コレステリック液晶材料が
ポリマー中にコレステリック液晶層をホログラム構造を有するように分散したものであって、
前記コレステリック液晶層は、コレステリック液晶材料を備え、
ホログラム構造ポリマー分散コレステリック液晶材料が、ホログラム構造から第１の固有ピーク波長と、コレステリック液晶層から第２の固有のピーク波長とで反射されることを特徴とする反射型ディスプレイ。
【請求項２】
前記光反射媒体は、コレステリック液晶材料とポリマー材料とを具備する交互に重なる層を含み、
前記光反射媒体の交互に重なる層は、ホログラム多層構造であり、前記光反射媒体の交互に重なる層は、前記第１、または、第２の基板からのぎらつきを防ぐ反射方向に向けて、前記２つの固有のピーク波長で、反射光を反射することを特徴とする請求項１に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項３】
反射型ディスプレイの製造法であって、
ａ）第１基板を供給する工程と、
ｂ）第２基板を供給する工程と、
ｃ）前記第１基板と前記第２基板との間に、光反射媒体を形成する工程であって、前記光反射媒体は、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されたホログラム構造ポリマー分散コレステリック液晶材料を備え、ホログラム構造ポリマー分散コレステリック液晶材料は、ポリマー中にコレステリック液晶層をホログラム構造を有するように分散したものであって、前記コレステリック液晶層は、コレステリック液晶材料を備え、ホログラム構造ポリマー分散コレステリック液晶材料が、ホログラム構造から第１の固有ピーク波長と、コレステリック液晶層から第２の固有のピーク波長とで反射されることを特徴とする工程と
を備えることを特徴とする反射型ディスプレイの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
最新の反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、透過型又は放射型フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に比べて、消費電力が小さく、軽量薄形で、例えば室内や屋外など、様々な場所で用いることが可能である。このような特長を備えた反射型ＬＣＤは、明るい場所での軽便性や視認性が要求される、例えばパーソナルドキュメントリーダー（ＰＤＲ）、パーソナルインフォメーションツール（ＰＩＴ）、携帯型の地図やマニュアルなど、様々な用途に適している。
【０００２】
【従来の技術】
反射型ＬＣＤは、その反射性により背面光を必要としないため、消費電力が半分で済む。ポリマーで安定化したコレステリック組織（ＰＳＣＴ）液晶ディスプレイでは、反射型ＬＣＤの消費電力を更に小さくすることができる。このポリマー安定化コレステリック組織（texture）液晶ディスプレイは、安定化するためのポリマー網目構造を含む、コレステリック液晶媒体を用いたものである。
【０００３】
このようなポリマー安定化コレステリック組織液晶ディスプレイ１０の働きを、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す。これについては、Ｇ．Ｐ．クロウフォード（Ｃｒａｗｆｏｒｄ）等による、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＳ  ＆  Ｔ／ＳＩＤ  １９９５  Ｃｏｌｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ：Ｃｏｌｏｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，５２〜５８ページ，“画像表示用反射型カラーディスプレイ”に述べられており、その内容は全て本件に引用して援用する。このディスプレイ１０は、一対の透明基板１２と、一対の透明電極１４と、電極１４に挟まれたポリマー安定化コレステリック液晶媒体１６とを含むものである。ポリマー網目構造１８は液晶材料２０を安定化する。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、電圧がオフの状態では、平面組織は安定で、コレステリック液晶材料２０のらせん軸は、自然光又は人工光が照射される基板１２の表面２２に対してほぼ垂直である。平面組織は、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）波長λＢ＝ｎＰを中心とする入射光を選択的に反射する。このとき、ｎは液晶材料２０の平均屈折率であり、Ｐは液晶材料２０のらせん構造のピッチ長さである。ピッチＰは、液晶材料２０にキラル剤を加えることにより、選択的に変えることができる。コレステリック液晶材料２０のピッチに影響するキラル剤は、ブラッグ波長λＢにも影響を及ぼす。
【０００５】
図１（ｂ）に示すように、電源２４により電極１４の間に低い電圧を印加すると、コレステリック液晶材料２０の平面組織は、焦円錐組織に変わり、液晶のらせん軸の配向はバラバラとなる。この状態では、セルはほぼ光を透過する。次に印加電圧を除くと、ポリマー網目構造１８の安定効果により、焦円錐組織は固定されたまま残る。図１（ｃ）に示すように、ディスプレイに、より強い電界を印加すると、コレステリック液晶材料２０は、完全に整列し、全く透明となる。
【０００６】
印加電界を除いた場合のポリマー安定化コレステリック液晶媒体１６の反応は、電界を除く速度によって変わる。コレステリック液晶材料２０は、電界を素早く除くと、図１（ａ）に示す平面組織に戻り、電界をゆっくりと除くと、図１（ｂ）に示す焦円錐組織に戻る。ポリマー安定化コレステリック組織ＬＣＤの、この双安定メモリー性能は、ディスプレイが表示画面を変えるための僅かな時間のみ電力を必要とし、表示している間は電力を消費しないことから、多くの用途においてディスプレイの消費電力を有意に小さくすることができる。
【０００７】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、別のタイプの既知の反射型カラーディスプレイ装置である、ホログラム構造ポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）ディスプレイ３０を示したものである。このディスプレイもまた、参照のクロウフォードの文献に述べられている。ＨＰＤＬＣディスプレイは、液晶材料と光硬化性ポリマー材料との混合物に光学的干渉法を用いて形成する。この方法では、ポリマーを多く含む多数の平面３５で隔てられた、ポリマーマトリックス中の予め決められた位置に、液晶を満たした小滴が並ぶ、干渉縞の平面３３を形成する。この結果、液晶小滴が密集した部分が、平面構造に対して垂直方向に、空間的に調整されて並ぶ。図２（ａ）に示すように、ホログラム構造ポリマー分散液晶材料３２は、一対の透明電極３４と一対の透明基板３６の間に挟まれている。より詳細には、液晶を多く含む平面３３には、それぞれポリマー３９の網目構造中に多数の液晶小滴３８が分散している。一方、ポリマーを多く含む平面３５は、本質的にポリマー３９の網目構造のみでできている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す、電界がオフの状態では、ポリマー３９中に分散した液晶小滴３８中の液晶分子は、液晶小滴３８の中では配向はランダムで、整列していない。このため、小滴３８の有効屈折率は、ポリマーマトリックス３９の屈折率ｎｐより有意に大きい。液晶小滴３８の異常屈折率ｎｅと、常屈折率ｎ０の方向を示した。このように、ＨＰＤＬＣディスプレイ３０は、ブラッグ波長λＢの光を反射する。このＨＰＤＬＣディスプレイ３０の、周囲の照明条件下における反射率は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されたポリマー安定化コレステリック組織ディスプレイ１０より大きい。
【０００８】
図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、液晶ディスプレイ３０の全面に電圧を印加すると、液晶分子は、液晶小滴３８中で整列する。この結果、液晶小滴３８の屈折率は、光の伝搬方向に沿ってポリマーマトリックス３９の屈折率にほぼ等しくなる。ここに示すように、ｎｅは入射及び反射光の方向に対して平行であり、ｎ０は垂直である。液晶小滴３８中の液晶材料のｎ０がポリマーマトリックス３９の屈折率ｎｐとほぼ等しいと、周期的な屈折率の変化は無くなる。この状態では、ＨＰＤＬＣディスプレイ３０は、本質的に光透過性であり、ディスプレイに入射する光を反射又は分散しない。
【０００９】
液晶小滴３８の有効屈折率を、印加電圧によって変え、反射光強度を電気的に制御することができる。更に、ＨＰＤＬＣディスプレイ３０の分光反射率は、構成体により選択的に調整できる。現在までのところ、このＨＰＤＬＣディスプレイ３０は、その高いピーク反射性能により、特に有望な反射技術と考えられる。
高性能の反射型カラーＬＣＤのための主な目標の１つは、高レベルの色選択性と反射輝度を保ちつつ、高い分光反射率を得ることである。反射型カラーディスプレイは、様々な採光条件下における周囲の照明度でも十分使用に耐え、かつ、良好な色選択性を備えている必要がある。
【００１０】
透過型アクティブマトリックスカラーＬＣＤは、色を合成するために、線形偏光子、吸収カラーフィルタ、空間的にパターン化したカラーフィルタモザイクを備えている。これらを用いる装置により、これらの素子は光透過に有意に影響を及ぼす。例えば、透過型ねじれネマチック（ＴＮ）ＬＣＤに用いる、２つの高性能偏光子は、可視スペクトル全体の約４０％の光しか透過しない。これは、ディスプレイの反射率の絶対最大値を、ディスプレイ中で他の光の損失が生じる前の約４０％に抑えてしまう。他の光強度損失としては、例えば分光フィルタが挙げられる。カラーフィルタ吸収と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ドライバアレイ基板の開口部は、更にディスプレイの効率を下げる。現在最良のカラーＴＦＴ−ＬＣＤの透過は１０％より少ないが、良好なカラー反射型ディスプレイに必要な高い反射率は得られない。
【００１１】
前述のポリマー安定化コレステリック組織（ＰＳＣＴ）液晶ディスプレイでは、ブラッグ波長の５０％以上を反射することができる。
【００１２】
前述のホログラム構造ポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）ディスプレイでは、より高いブラッグ反射が得られ、理論的には、ブラッグ波長で１００％反射できる。しかしこの装置は、ディスプレイの消費電力を有意に小さくできる、前述のメモリー効果を持たない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ホログラム構造ポリマー分散液晶ディスプレイと、ポリマー安定化コレステリック組織ディスプレイの長所を、１つの装置で兼ね備えたディスプレイを提供するものである。
【００１４】
本発明はまた、低電圧駆動モードを持つ、ホログラム的に形成されたディスプレイを提供するものである。
【００１５】
高性能反射型ディスプレイのための主な目標の１つは、高い反射率を得ることである。本発明により提供されるホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイは、一組のコレステリック液晶／ポリマー層で、１つ以上の固有色を現せる、２つ以上の異なる固有ピーク波長を反射することができる。固有色は、例えば、赤、緑、又は青である。これらの各固有色は、一定の波長範囲に複数の固有ピーク波長を持つことができる。
【００１６】
更に、本発明によるホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイは、メモリー効果を持ち、消費電力が小さい。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
ホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイの第１反射固有ピーク波長は、コレステリック液晶材料から得られる。この第１固有ピーク波長は、適当なキラル剤をネマチック液晶材料に加え、コレステリック液晶混合物とすることにより選択できる。
【００１８】
ディスプレイの第２反射固有ピーク波長は、ホログラム的に形成され、周期的に交互に並んだ、ポリマーを多く含む層と液晶を多く含む層との多層構造より得られる。液晶を多く含む層は、コレステリック液晶材料を含む。この第２固有ピーク波長は、ホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイのポリマー成分の光硬化に用いる、干渉レーザービームの波長及び／又は入射角によって変えることができる。
【００１９】
２つの固有ピーク波長を選択的に混合し、多色反射型ディスプレイとすることができる。このディスプレイはまた、複数の反射色を引き立たせ、又は補完するため、選択的に着色した背景を用いることもできる。
【００２０】
本発明の他の実施の形態では、ホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイは、１つのセルから２つ以上の固有ピーク波長を反射できるよう、異なる固有ピーク波長をそれぞれ反射する、２つ以上の層を含むことができる。ホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイの一例では、異なる固有ピーク波長をそれぞれ反射する、２つのホログラム構造ポリマー分散液晶層と、第３の固有ピーク波長を反射する１つのコレステリック液晶層とを含む。このホログラムポリマー分散コレステリック組織ディスプレイの各層は、同時に１つ、２つ、又は３つの固有ピーク波長（及び２つ以上の固有色）を選択的に反射するよう、各々選択的に電力を与えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、反射型ホログラムポリマー分散コレステリック液晶（ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイを提供するものである。このディスプレイは、アクティブマトリックス型又はパッシブマトリックス型アドレス化反射型ディスプレイのいずれでも良い。ＨＰＤＣＬＣディスプレイは、複数の固有反射ピーク波長又は色、メモリー効果、高い反射効率が可能である。
【００２２】
図３（ａ）〜図３（ｆ）に、本発明によるホログラムポリマー分散コレステリック組織液晶（ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイ４０の一例を示す。ここに示すように、このディスプレイ４０は、向かい合った一対の透明基板４２と、一対の透明電極４４と、光反射媒体とを含むものである。図３（ａ）〜図３（ｆ）に示すように、光反射媒体はホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料４６である。電極４４とホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料４６は、サンドイッチ構造となっている。電源４７は電極４４に電気的に接続し、後に詳細に述べるように、ホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料４６に選択的に電界Ｅを印加して、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０の反射特性を変える。
【００２３】
基板４２は、ガラスなどの適当な光透過性の素材で形成することができる。電極４４は一般的に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの適当な透明で伝導性の素材を被覆したガラス板である。必要に応じて、他の適当な素材を用いて電極を形成することもできる。
【００２４】
ホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料４６は、ポリマーを多く含む部分又は層４８と、液晶を多く含む部分又は層５０とが交互に重なった、ホログラム多層構造から成るものである。後に述べるように、ホログラム構造は、コレステリック液晶と光重合性材料との混合物に、干渉レーザービームの光を照射して形成する。干渉レーザービームを基板４２に照射し、ホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料４６中に干渉縞を生じさせる。
【００２５】
ホログラムポリマー分散コレステリック液晶（ＨＰＤＣＬＣ）層は、液晶材料と、モノマーと、開始剤系と、共開始剤との混合物を用いて調製する。混合物の一例は、ＢＬ０３８（メルク（Ｍｅｒｃｋ）製、ニューヨーク州ホーソーン、ＥＭインダストリーズ社（ＥＭ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）より入手可）などの液晶材料を約３０〜４０重量％と、ＤＰＨＰＡ（ジペンタエリトリトールヒドロキシペンタアクリレート）などのモノマーを約４０〜６０重量％と、約０．２〜０．５重量％のＲＢ（ローズベンガル染料）などの染料を含む開始剤系と、ＮＶＰ（Ｎ−ビニルピロリドン（Ｎ−ビニルピロリジノン））などの、染料と共開始剤のための重合可能な溶媒を約１〜１０重量％と、ＮＰＧ（Ｎ−フェニルグリシン）などの共開始剤を約１〜１５重量％とを含むものである。ＤＰＨＰＡモノマー、開始剤系、ＮＶＰ、ＮＰＧは、ミズーリ州セントルイス、シグマ−アルドリッチ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）より入手でき、Ｄａｒｏｃｕｒ  １１７３などの他の共開始剤は、ニューヨーク州ホーソーン、チバ−ガイギー社（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ  Ｃｏｒｐ．）より入手できる。
【００２６】
更に必要に応じて、液晶／ポリマー界面の表面エネルギーを小さくするため、この混合物に界面活性剤を加えることもできる。表面エネルギーを小さくすることにより、ディスプレイのスイッチング電圧を小さくする。この目的に適した界面活性剤は、約１〜１０重量％の、Ｓ２７０界面活性剤（ペンシルバニア州ウェストチェスター、ケムサービス社（Ｃｈｅｍ  Ｓｅｒｖｉｃｅ，Ｉｎｃ．）より入手可）である。
【００２７】
前述の混合物の一例、また他の適当な混合物は、予め組み立てておいたセルの中に注入し、又は、一定のセル間隔を保つためにスペーサボール又は棒（ニューヨーク州ホーソーン、ＥＭインダストリーズ社より入手可）などのスペーサを用いたＩＴＯ被覆ガラス板の間に、混合物を真空注入するなどして、ＩＴＯ被覆ガラス板などの基板の間に入れる。
【００２８】
混合物中のモノマーを光硬化し、ポリマーを多く含む層又はポリマー層４８と、コレステリック液晶を多く含む層又はコレステリック液晶層５０が、周期的に交互に並んだ多層構造を形成することにより、ホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料４６中で、ブラッグ波長λＢＨに対応する第１固有ピーク波長を発生させる。この第１固有ピーク波長は、この技術で良く知られているように、モノマーを光硬化し、ホログラム多層構造を生成するために用いる、２つの干渉するレーザービームの波長及び／又は入射角を選ぶことにより調整できる。例えば、ポリマーを充填したセルに、約５１４．５ｎｍの波長、特定の角度でサンプルを照射するよう設定した、アルゴンイオンレーザーからの拡張ビームを照射し、約５８０ｎｍで効果的な干渉パターンを生じさせる。アルゴンイオンレーザーは、カリフォルニア州サンタクララ、コヒーレントレーザーグループ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｌａｓｅｒ  Ｇｒｏｕｐ）より入手可能である。所望の反射色のホログラム構造が得られるよう、露光装置の全体配置を調整することができる。
【００２９】
ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０の第２固有ピーク波長を生じるコレステリック液晶材料は、ネマチック液晶をキラル剤でドープして調製することができる。キラル剤により、所望のピッチのコレステリック液晶材料が得られる。ピッチ長さは、光がコレステリック液晶成分で反射されるブラッグ波長λＢＣを決定する。ブラッグ波長λＢＣは、次の通りである。
【００３０】
【数１】
λＢＣ＝ｎＰ
このとき、λＢＣはコレステリック液晶材料のブラッグ波長であり、
ｎは平均屈折率であり、
Ｐはピッチ長さである。
【００３１】
従って、ピッチ長さＰの変化は、ブラッグ波長λＢＣに影響し、またコレステリック液晶からの反射光の第２固有ピーク波長に影響する。
【００３２】
コレステリック液晶混合物を調製するためにネマチック液晶に混合するキラル剤の、組成と濃度を調整することにより、第２固有ピーク波長を変えることができる。本発明で用いるネマチック液晶の例としては、ＢＬ０３７、ＢＬ０３８、ＢＬ０８７などが挙げられ、キラル剤の例としては、ＺＬＩ−８１１、ＣＢ−１５、ＺＬＩ−４５７１、ＭＬＣ−６２４７などが挙げられる。これらのネマチック液晶及びキラル剤は、ニューヨーク州ホーソーン、ＥＭインダストリーズ社より入手可能である。また、コレステリック液晶を直接購入してもよい。例えば、ＥＭインダストリーズ社から、緑色のＢＬ０８８、青色のＢＬ０９０、黄緑色のＢＬ０９４が入手できる。
【００３３】
２つの異なる特定のブラッグ波長λＢＨ及びλＢＣの、ホログラム構造で反射された第１固有ピーク波長と、コレステリック液晶材料で反射された第２固有ピーク波長とを混合することにより、１つのセル５３で複数の色を生ずることができる。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０の背景色を選ぶことにより、更なる色表示が可能である。背景色は、２つの反射色を際立たせ、あるいはその一方を強調するよう、セル５３の見る側の反対側５４に置く。背景色はどのような色でも良く、また黒でも良い。後に述べるように、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０が透過状態にあるときには黒い背景が生じる。
【００３４】
図３（ａ）〜図３（ｆ）に、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０の、異なる作動状態におけるコレステリック液晶層５０中の液晶配置（組織）を示す。図３（ａ）と図３（ｂ）は、電極４４に電圧を印加していない、オフ状態のＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０を示している。オフ状態では、コレステリック液晶層５０中のコレステリック液晶材料５６は、平面組織に整列し、らせん軸は光が当たる表面５２に対してほぼ垂直である。異常屈折率ｎｅは、コレステリック液晶材料のらせん軸に対して垂直方向、表面５２に対して平行に伸びている。常屈折率ｎ０は、ポリマーの屈折率ｎｐにほぼ等しい。これはコレステリック液晶の安定配置である。オフ状態では、表面５２に当たる、ｎ０  の方向に対してほぼ平行でｎｅ  に対してはほぼ垂直である入射光Ｉは、基板４２で一部反射し、また一部は矢印Ｔが示すようにディスプレイを透過する。矢印Ｒ１  及びＲ２  は、空間的に調整されたポリマー層４８とコレステリック液晶層５０とで形成されたホログラム構造と、コレステリック液晶層５０とからそれぞれ反射された、２つの異なる固有波長  （少なくとも１つの固有色）の光を示す。例えば、Ｒ１が黄色光でＲ２が青色光を示すこともできる。Ｒ１  、Ｒ２はまた、例えば、赤、緑、青などの同じ固有色で、２つの異なる固有ピーク波長を持つ光でも良い。２つの反射する固有ピーク波長は、それぞれホログラム構造とコレステリック液晶層５０のブラッグ波長λＢＨとλＢＣに相当する。
【００３５】
コレステリック液晶を青色反射に、ホログラム構造を黄色反射に設定した場合の、波長に対する反射率を、図４に示す。示された黄色のピークは約５８０ｎｍで、青色ピークは約４６０ｎｍである。青色ピークのバンド幅は黄色ピークより広いため、黄色反射と組み合わせて所望の白色とするには、ピーク反射率を調整する。
【００３６】
図５は、青色及び黄色反射に設定したＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０の、対応する色の組み合わせを示す色度図である。
【００３７】
周知のように、コレステリック液晶とホログラム構造の分光反射率はそれぞれ、ピーク高さ、位置、バンド幅に関して選択的に調整することができる。先に説明したように、コレステリック液晶では、キラル剤を選択的に加えてらせん構造のピッチ長さを変え、これによりコレステリック液晶で反射される固有ピーク波長と色を変えることができる。反射光強度は印加電圧によって変わる。
【００３８】
ホログラム構造は、液晶とポリマー層が交互に重なった塊りを含むよう形成することができる。層の塊りはそれぞれ、異なる固有ピーク波長の光を反射する。このホログラム構造は、それぞれ独自のバンド幅を持つ別々の反射率ピークで示されるような、特定の色の、複数の位置の近い固有ピーク波長を反射することができる。
【００３９】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）に、電極４４全体に中程度の電圧を印加したときのＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０を示す。図３（ｄ）に示すように、コレステリック液晶層５０中のコレステリック液晶材料は、回転し、焦円錐組織に変化して、コレステリック液晶のらせん軸は、部分的に印加電界Ｅに対してほぼ垂直に整列する。ここに示すように、コレステリック液晶層の常反射率ｎ０と異常反射率ｎｅは、いずれも基板と印加電界Ｅの方向との間で、おおよそ中間的な角度をとる。この状態では、ホログラム構造は対応するブラッグ波長λＢＨの光を反射し、コレステリック液晶層５０はほぼ全ての光を透過する。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０は、この焦円錐状態では多少曇った状態を示す。
【００４０】
図３（ｅ）及び３（ｆ）に、電極４４全体に中程度より高い電圧を印加したときのＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０を示す。図３（ｆ）に示すように、コレステリック液晶層５０中のコレステリック液晶材料は、ホメオトロピック状態に変化し、コレステリック液晶のらせん軸は基板に対してほぼ平行となり、液晶分子自体は互いに平行、かつ印加電界Ｅの方向に対して平行となる。この状態では、コレステリック液晶分子の配向ベクトルは分子とほぼ同じ長さであり、分子はほとんどねじれていない。コレステリック液晶の常屈折率ｎ０は、印加電界Ｅに対してほぼ垂直である。この状態では、セルは入射光に対してほぼ透明である。通常、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０の色は、ディスプレイのバックグラウンドの色である。
【００４１】
次にＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０から高い印加電圧を除くと、ホメオトロピック組織は、電圧を下げる速度に応じて、図３（ｄ）に示す焦円錐組織、又は図３（ｂ）に示す平面組織のいずれかに戻る。特に電圧を素早く下げると、ホメオトロピック組織は図３（ｂ）の平面組織に戻り、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０のセルは、両方の固有ピーク波長の光を反射する。しかし電圧をゆっくりと下げた場合、ホメオトロピック組織は図３（ｄ）の焦円錐組織に戻り、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０のセルは、一方の固有ピーク波長の光を反射する。詳しく述べるならば、反射光の固有ピーク波長は、ホログラム構造で反射される固有ピーク波長である。ポリマーを多く含む層４８は、コレステリック混合物の焦円錐組織を安定化する力として作用し、平面状態と焦円錐状態との間に多くの安定状態をもたらす。
【００４２】
この双安定メモリー性能により、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０は、表示画像を変えるための僅かな時間だけ電力を必要とし、表示には電力を消費しないため、多くの用途において消費電力を更に一桁小さくすることができる。
【００４３】
図６（ａ）〜図６（ｆ）に、本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０のセル６１の第２の実施の形態を示す。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０は、一対の基板６２と、一対の電極６４と、この場合にはホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料６６である光反射媒体と、電極６４に選択的に電圧を印加する電源７４とを含むものである。このディスプレイでは、コレステリック液晶は、ポリマー層７１と交互に並んだコレステリック液晶層７０中の小滴に封入されている。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に、電極６４に電圧を印加していない、オフ状態のＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０を示す。オフ状態では、コレステリック液晶層７０中の液晶材料は平面状態であり、らせん軸は光が入射する表面７２に対してほぼ垂直である。この配列では、異常屈折率ｎｅは表面７２に対して平行に、常屈折率ｎ０は表面７２に対して垂直に伸びている。オフ状態では、表面７２に当たる入射光Ｉは一部反射され、また一部は矢印Ｔで示されるようにディスプレイを透過する。矢印Ｒ１及びＲ２は、ホログラム構造とコレステリック液晶層７０とでそれぞれ反射された、２つの異なるブラッグ波長λＢＨ及びλＢＣと、１つ以上の結合した固有色の光を表す。例えば、Ｒ１が黄色光を、Ｒ２が青色光を示すこともできる。
【００４４】
図６（ｃ）及び図６（ｄ）に、電源７４より電極６４全体に中程度の電圧を印加した場合の、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０を示す。図６（ｄ）に示すように、コレステリック液晶層７０中のコレステリック液晶材料は、焦円錐組織に変化し、コレステリック液晶のらせん軸は、部分的に印加電界Ｅに対してほぼ垂直に整列する。ここに示すように、コレステリック液晶層の常屈折率ｎ０と異常屈折率ｎｅは、いずれも基板と印加電界Ｅの方向との間で、おおよそ中間的な角度をとる。この状態では、ホログラム構造は対応するブラッグ波長λＢＨの光Ｒ１  を反射し、コレステリック液晶層７０は対応するブラッグ波長λＢＣの光をほぼ全て透過する。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０は、この状態では多少曇った状態を示す。
【００４５】
図６（ｅ）及び図６（ｆ）に、電源７４より電極６４全体に、中程度より高い電圧を印加した場合の、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０を示す。図６（ｆ）に示すように、コレステリック液晶層７０中のコレステリック液晶材料は、ホメオトロピック状態に変化し、コレステリック液晶のらせん軸は実質的に印加電界Ｅの方向に対してほぼ垂直に整列する。コレステリック液晶分子の配向ベクトルは分子とほぼ同じ長さであり、分子はほとんどねじれていない。コレステリック液晶の常屈折率ｎ０は、印加電界Ｅの方向に対してほぼ垂直である。この状態では、セルは入射光に対してほぼ透明である。
【００４６】
ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０において、高い印加電圧を低い印加電圧に下げた場合の、コレステリック液晶層７０中のコレステリック液晶材料の挙動は、前述のＨＰＤＣＬＣディスプレイ４０と同じである。つまり、図６（ｆ）に示すホメオトロピック組織は、電圧を下げる速度に応じて、図６（ｄ）に示す焦円錐組織、又は図６（ｂ）に示す平面組織のいずれかに戻る。電圧を素早く下げると、ホメオトロピック組織は図６（ｂ）の平面組織に戻り、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０のセル６１は、両方の固有ピーク波長の光Ｒ１及びＲ２を反射する。電圧をゆっくりと下げた場合、ホメオトロピック組織は図６（ｄ）の焦円錐組織に戻り、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ６０のセル６１は、ホログラム構造に対応する固有ピーク波長の光Ｒ１を反射する。
【００４７】
図７に、本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイ８０の実施の形態の第３例を示す。このＨＰＤＣＬＣディスプレイ８０は、一対の基板８２と、一対の電極８４と、光反射媒体とを含むものである。このとき光反射媒体には、ホログラム構造をしたポリマー分散液晶層８８とは別に形成された、コレステリック液晶層８６が含まれる。図示したセルはオフ状態を示し、このときコレステリック液晶層８６は平面組織で、矢印Ｒ１及びＲ２で示されるように、（１つ以上の固有色の）第１及び第２固有ピーク波長は、異なる層で反射される。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ８０は、コレステリック液晶層８６とホログラム構造ポリマー分散液晶層８８に選択的に電圧を印加する、１つの電源９０を備えている。
【００４８】
図８に、本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイ１８０の、実施の形態の第４例を示す。図８では、光反射媒体は、電極８４によりホログラム構造ポリマー分散液晶層８８と隔てられた、コレステリック液晶層８６と、２つの電源９０及び９１とを含むものである。電源９０及び９１はそれぞれ、コレステリック液晶層８６と、ホログラム構造ポリマー分散液晶層８８とに選択的に電圧を印加し、これらの層に、対応するブラッグ波長λＢＣ及びλＢＨの光を選択的に反射又は透過させる。
【００４９】
図９及び１０は各々、本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイの、実施の形態の第５及び第６の例を示すものである。図９及び１０に示すように、多色ディスプレイは、２つ以上のコレステリック液晶層及び／又は２つ以上のホログラム構造ポリマー分散液晶層を持つ、光反射媒体を含む。この光反射構造体の各層は、異なる固有ピーク波長の光を反射する。異なる固有ピーク波長は、それぞれ異なる固有色を示すものである。
【００５０】
特に図９は、独立した３層を持つ光反射媒体を含むセル１１１から成る、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ１１０の、実施の形態の第５例を示すものである。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ１１０は、第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４と第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６との間に形成された、コレステリック液晶層１１２を含む。層１１２、１１４、１１６は、一対の基板１１８及び一対の電極１２０の間に置かれ、それぞれは完全に独立している。
【００５１】
図９は、コレステリック液晶層１１２が平面組織である、オフ状態のセルを示している。オフ状態では、第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４は、第１固有ピーク波長Ｒ１を反射し、コレステリック液晶層１１２は、第２固有ピーク波長Ｒ２を反射し、第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６は、第３固有ピーク波長Ｒ３  を反射する。例えば、第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４が青色光を、コレステリック液晶層１１２が緑色光を、第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６が赤色光を反射する。このように、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ１１０のセル１１１は、３つの反射する固有色Ｒ１  、Ｒ２  、Ｒ３  を選択的に混合することにより、全ての色を発色できる。３つの固有ピーク波長は、必要に応じて３色より少ない固有色（つまり１色又は２色の固有色）を示せることは理解されよう。
【００５２】
１つの電源１２２によりセルに中程度の電圧を印加すると、第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４は第１固有ピーク波長又は固有色Ｒ１を反射し、第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６は第３色Ｒ３を反射し、コレステリック液晶層１１２は入射光Ｉの全ての波長を透過する。
図１０に、本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイ２１０の、実施の形態の第６例を示す。このＨＰＤＣＬＣディスプレイ２１０は、３つの独立した電源１２２、１２４、１２６を備えている。第１の電源１２２は第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４に、第２の電源１２４はコレステリック液晶層１１２に、第３の電源１２６は第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６に繋がっている。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ２１０には、４つの電極１２０があり、第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４と、コレステリック液晶層１１２と、第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６とはそれぞれ、一対の電極１２０の間にある。ＨＰＤＣＬＣディスプレイ２１０が、１つ、２つ又は３つの固有ピーク波長を、あらゆる可能な組み合わせで選択的に反射できるよう、電源１２２、１２４、１２６は、決められた電圧を選択的に、第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１４と、コレステリック液晶層１１２と、第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層１１６とに印加する。異なる固有ピーク波長は、異なる固有色を表す。
あるいは、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ１１０及び２１０に、２つ以上のコレステリック液晶層１１２を備えることもできる。例えば、ＨＰＤＣＬＣディスプレイ１１０及び２１０で、２つのコレステリック液晶層１１２と１つのホログラム構造ポリマー分散液晶層を用いる。
【００５３】
このように、本発明は、コレステリック液晶とホログラム構造ポリマー分散液晶構造の、両方の固有の反射力を利用した、ホログラムポリマー分散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。これには重要な利点がある。まず、ＨＰＤＣＬＣディスプレイは、コレステリック又はホログラム構造ポリマー分散液晶ディスプレイ単独より、高い反射率が得られる。また本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイは、従来のホログラム構造ポリマー分散液晶ディスプレイには不可能であった、メモリー効果を示す。先に述べたように、このメモリー効果により、表示画面を変えるための僅かな時間のみ電力を通常必要とするため、消費電力を有意に小さくできる。更に本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイは、１つのセルで２つ以上の固有ピーク波長（及び１つ以上の固有色）を反射できる。更にまた、本発明によるＨＰＤＣＬＣディスプレイは、ランダムな配向の小滴を用いるホログラム構造ポリマー分散液晶より大きな有効差ｎｅ−ｎ０を持つため、ホログラム構造ポリマー分散液晶ディスプレイより高い反射率が可能である。
【００５４】
本発明のその他の長所は、ＨＰＤＣＬＣ層の反射方向によってディスプレイ装置の表面のぎらつきが防げることである。これは２つの干渉レーザービームを適当な角度に置き、ディスプレイ表面から干渉縞層を外すことにより可能となる。この特徴によって、ＨＰＤＣＬＣディスプレイは、多くの反射型ディスプレイでは避けるのが困難であった、画面のぎらつきを防ぐだけでなく、広い帯域の表面反射を防ぐことにより、多くの反射型ディスプレイでは保つのが困難であった、色彩度の維持も可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】  既知のポリマー安定化コレステリック組織（ＰＳＣＴ）液晶ディスプレイの電圧オフまたは印加度合いにおける液晶材料の組織を説明する図である。なお、図１（ａ）は、  電界がオフの状態での、液晶材料が平面組織である、既知のポリマー安定化コレステリック組織（ＰＳＣＴ）液晶反射型ディスプレイを示す図解図である。図１（ｂ）は、中程度の電圧を印加した状態での、液晶材料が焦円錐組織である、図１（ａ）のＰＳＣＴ液晶ディスプレイを示す図解図である。図１（ｃ）は、高い電圧を印加した状態での、図１（ａ）のＰＳＣＴ液晶ディスプレイを示す図解図である。
【図２】  既知のホログラム構造ポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）反射型ディスプレイのオン／オフ時のディスプレイおよび液晶小滴の配向を説明する図である。なお、図２（ａ）は、電界がオフの状態での、既知のホログラム構造ポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）反射型ディスプレイを示す図解図である。図２（ｂ）は、電界がオフの状態での液晶小滴の配向を示す、図２（ａ）のディスプレイのＨＰＤＬＣ材料の部分拡大図である。図２（ｃ）は、電界がオンの状態での、図２（ａ）のＨＰＤＬＣ反射型ディスプレイを示す図解図である。図２（ｄ）は、電界がオンの状態での液晶小滴の配向を示す、図２（ｃ）のディスプレイのＨＰＤＬＣ材料の部分拡大図である。
【図３】  ホログラムポリマー分散コレステリック組織液晶（ＨＰＤＣＬＣ）反射型ディスプレイの電圧印加オン／オフ時のディスプレイおよび液晶材料の配向を説明する図である。なお、図３（ａ）は、電界がオフの状態での、液晶材料が平面組織である、本発明によるホログラムポリマー分散コレステリック組織液晶（ＨＰＤＣＬＣ）反射型ディスプレイの、実施の形態の一例を示す図解図である。図３（ｂ）は、電界がオフの状態での液晶材料の配向を示す、図３（ａ）のディスプレイのＨＰＤＣＬＣ材料の部分拡大図である。図３（ｃ）は、中程度の電圧を印加した状態での、液晶材料が焦円錐組織である、図３（ａ）のＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイを示す図解図である。図３（ｄ）は、中程度の電圧を印加した状態での液晶材料の配向を示す、図３（ｃ）のディスプレイのＨＰＤＣＬＣ材料の部分拡大図である。図３（ｅ）は、高い電圧を印加した状態での、液晶材料がホメオトロピック組織である、図３（ａ）のＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイを示す図解図である。図３（ｆ）は、高い電圧を印加した状態での液晶材料の配向を示す、図３（ｅ）のディスプレイのＨＰＤＣＬＣ材料の部分拡大図である。
【図４】  コレステリック液晶材料を青色反射に、ホログラム層を黄色反射に設定した、図３（ａ）〜３（ｃ）に示す、ＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの波長に対する反射率をプロットした図である。
【図５】  コレステリック液晶材料を青色反射に、ホログラム層を黄色反射に設定した、図３（ａ）〜３（ｅ）に示す、本発明のＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の一例における、色の組み合わせを示す色度図である。
【図６】  ＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の第２例の電圧印加のオン／オフ時のディスプレイおよび液晶固定の配向を説明する図である。なお、図６（ａ）は、電界がオフの状態での、液晶小滴が平面組織である、本発明によるＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の第２例を示す図解図である。図６（ｂ）は、電場がオフの状態での液晶小滴の配向を示す、図６（ａ）のディスプレイのＨＰＤＣＬＣ材料の部分拡大図である。図６（ｃ）は、中程度の電圧を印加した状態での、液晶小滴が焦円錐組織である、図６（ａ）のＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイを示す図解図である。図６（ｄ）は、中程度の電圧を印加した状態での液晶小滴の配向を示す、図６（ｃ）のディスプレイのＨＰＤＣＬＣ材料の部分拡大図である。図６（ｅ）は、高い電圧を印加した状態での、液晶小滴がホメオトロピック組織である、図６（ａ）のＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイを示す図解図である。図６（ｆ）は、高い電圧を印加した状態での液晶小滴の配向を示す、図６（ｅ）のディスプレイのＨＰＤＣＬＣ材料の部分拡大図である。
【図７】  電界がオフの状態での、本発明によるＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の第３例を示す図解図である。
【図８】  電界がオフの状態での、本発明によるＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の第４例を示す図解図である。
【図９】  電界がオフの状態での、本発明によるＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の第５例を示す図解図である。
【図１０】  電界がオフの状態での、本発明によるＨＰＤＣＬＣ反射型ディスプレイの実施の形態の第６例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０  ポリマー安定化コレステリック液晶ディスプレイ、１２  基板、１４  電極、１６  ポリマー安定化コレステリック液晶媒体、１８  ポリマー網目構造、２０  液晶材料、２２  表面、２４  電源、３０  ホログラム構造ポリマー分散液晶（ＨＰＤＬＣ）ディスプレイ、３２  ホログラム構造ポリマー分散液晶材料、３３  液晶を多く含む平面、３４  電極、３５  ポリマーを多く含む平面、３６  基板、３８  液晶小滴、３９  ポリマー、４０  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶（ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイ、４２  基板、４４  電極、４６  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料、４７  電源、４８  ポリマーを多く含む部分又は層、５０  液晶を多く含む部分又は層、５２  表面、５３  セル、５４  見る側の反対側、５６  コレステリック液晶材料、６０  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶（ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイ、６１セル、６２基板、６４  電極、６６  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶材料、７０  液晶層、７１  ポリマー層、７２  表面、７４  電源、８０  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶（ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイ、８２  基板、８４  電極、８６  コレステリック液晶層、８８  ホログラム構造ポリマー分散液晶層、９０，９１  電源、１１０  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶（ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイ、１１１  セル、１１２  コレステリック液晶層、１１４  第１ホログラム構造ポリマー分散液晶層、１１６  第２ホログラム構造ポリマー分散液晶層、１１８  基板、１２０  電極、１２２，１２４，１２６  電源、１８０，２１０  ホログラムポリマー分散コレステリック液晶  （ＨＰＤＣＬＣ）ディスプレイ。
【図１】
0004773598.tif 000002
【図２】
0004773598.tif 000003
【図３】
0004773598.tif 000004
【図４】
0004773598.tif 000005
【図５】
0004773598.tif 000006
【図６】
0004773598.tif 000007
【図７】
0004773598.tif 000008
【図８】
0004773598.tif 000009
【図９】
0004773598.tif 000010
【図１０】
0004773598.tif 000011