(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）基板と、
ｂ）前記基板上に配置され、第１及び第２の表面を規定すると共に状態変化できる第１及び第２の光学状態を有するポリマー分散型液晶を含む状態変化層と、
ｃ）前記状態変化層の前記第１の表面上に配置された第１の導体と、
ｄ）前記状態変化層の前記第２の表面上の第２の導体であって、前記第１及び第２の導体間に電場が印加されると、前記液晶の状態が変化する第２の導体と、
ｅ）前記状態変化層と前記第１の導体間に配置され、ポリマー分散型サブミクロン粒子を有する非伝導性電場拡張層であって、前記第１及び第２の導体間に印加された前記液晶の前記状態を変化させる電場に応答して両方の導体間の領域の外側の前記状態変化層の状態を変化させる電場拡張層と、
を備えるポリマー分散型液晶を有するディスプレイシート。
【請求項２】
前記ポリマー分散型サブミクロン粒子は炭素である請求項１記載のディスプレイシート。
【請求項３】
同じポリマーを使用して前記液晶および前記サブミクロン粒子を分散させる請求項１記載のディスプレイシート。
【請求項４】
ａ）透明な基板を提供する工程と、
ｂ）前記基板上に第１及び第２の表面を有すると共に第１及び第２の光学状態を有するポリマー分散型液晶を含む状態変化層をコートする工程と、
ｃ）前記状態変化層の前記第１の表面上に第１の透明導体を、前記状態変化層の前記第２の表面上に第２の導体を配置し、そのため前記第１と第２の導体間に電場を印加すると液晶の状態が変化する工程と、
ｄ）前記状態変化層と前記第１の導体との間にポリマー分散型サブミクロン粒子を有する非伝導性電場拡張層をコートし、前記液晶の前記状態を変化させる前記第１と第２の導体間に印加された電場に応答して両方の導体間の領域の外側の前記状態変化層の状態を変化させる工程と、
を含むポリマー分散型液晶を有するディスプレイシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は状態変化し視認可能なイメージを提供するディスプレイシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在では、情報は、不変色インクを保持する紙のペーパーシートアセンブリを用いて表示されるか、あるいは陰極線ディスプレイや液晶ディスプレイなどの電気的に変調された表面上に表示される。他のシート材料はチケット（ｔｉｃｋｅｔｉｎｇ）若しくは金額に関する情報を保持する磁気的に書き込み可能な領域を持つことができるが、磁気的に書き込まれたデータは視認可能ではない。
【０００３】
１つの構造が、電気的書込み薄膜ディスプレイ技術の分野の完全な記述である「複数のディスプレイページを有する電子ブック」と題するＰＣＴ／ＷＯ９７／０４３９８号に開示されている。「ブック」に装丁される複数のディスプレイシートの組立が開示され、各シートは個々にアドレス指定することができる。この特許は、フレキシブルシートと、双安定液晶システムから形成される画像変調材料と、各ページ上の薄い金属導体ラインとを含む薄膜の電気的書込みページを形成する際の従来の技術を詳説する。
【０００４】
フレキシブルな電気的書込みディスプレイシートの製造は、米国特許第４，４３５，０４７号において開示されている。第１のシートは透明な酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）伝導性領域を有し、第２のシートはディスプレイ領域上にプリントされる導電性インクを有する。シートはガラスとすることができるが、実際にはマイラー（Ｍｙｌａｒ）ポリエステルで形成されている。バインダ内の液晶材料の分散は第１のシート上にコートされ、第２のシートを液晶材料に結合する。対向する伝導性領域に印加される電位は、液晶材料に作用しディスプレイ領域が露出する。ディスプレイは電源が切られたときイメージを表示するのを中止するネマチック液晶材料を使用する。
【０００５】
米国特許第５，４３７，８１１号ではポリマー分散型キラルネマチック液晶を有する光変調セルが開示されている。キラルネマチック液晶は特定の可視波長の光を反射するプレーナ（ｐｌａｎａｒ）状態と光散乱フォーカルコニック（ｆｏｃａｌ  ｃｏｎｉｃ）状態との間で駆動されるという特性を有する。前記構造は電場が存在しないと所定の状態の１つを維持する能力がある。
【０００６】
米国特許第３，８１６，７８６号では、電場に応答するカプセル封入処理されたコレステリック液晶の層が開示されている。本特許の導体は透明でも不透明でもよく、様々な金属またはグラファイトから形成される。１つの導体は光を吸収しなければならないことが開示されており、光吸収導体は炭素などの伝導材料を含むペイントから調製されることが示唆されている。
【０００７】
米国特許第５，２８９，３０１号では、液晶コーティング上に伝導層を形成し第２の導体を形成することが説明されている。好ましい実施の形態の説明では透明な導体を作成するために液晶分散物上の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
ＰＣＴ／ＷＯ９７／０４３９８号
【特許文献２】
米国特許第４，４３５，０４７号
【特許文献３】
米国特許第５，４３７，８１１号
【特許文献４】
米国特許第３，８１６，７８６号
【特許文献５】
米国特許第５，２８９，３０１号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
コレステリック材料は、２つの導体のうちの１つを光を吸収し、伝導性であることを必要とする。ポリマー分散型コレステリック液晶材料のために黒色及び伝導性表面を作成するには炭素または金属酸化物を含む材料の適用が提案されている。そのようなコーティングはしばしば光を後方散乱する。さらに、導体間に不活性材料が存在するので、最大限に不活性材料を使用することが望ましい。
【００１０】
高効率の光吸収層を提供することを課題である。
【００１１】
また、対向する導体により駆動される活性領域を増大させる方法が課題である。
【００１２】
また、駆動電圧に対する影響を最小に抑える光吸収層も課題である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるポリマー分散型液晶を有するディスプレイシートは、ａ）基板と、ｂ）前記基板上に配置され、第１及び第２の表面を規定すると共に状態変化できる第１及び第２の光学状態を有するポリマー分散型液晶を含む状態変化層と、ｃ）前記状態変化層の前記第１の表面上に配置された第１の導体と、ｄ）前記状態変化層の前記第２の表面上の第２の導体であって、前記第１及び第２の導体間に電場が印加されると、前記液晶の状態が変化する第２の導体と、ｅ）前記状態変化層と前記第１の導体間に配置され、ポリマー分散型サブミクロン粒子を有する非伝導性電場拡張（フィールドスプレディング：ｆｉｅｌｄ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）層であって、前記第１及び第２の導体間に印加された前記液晶の前記状態を変化させる電場に応答して両方の導体間の領域の外側の前記状態変化層の状態を変化させる電場拡張層と、を備える。
【００１４】
これらの目的は、
ａ）基板と、
ｂ）前記基板上に配置され、第１及び第２の表面を規定すると共に状態変化できる第１及び第２の光学状態を有するポリマー分散型液晶を含む状態変化層と、
ｃ）前記状態変化層の前記第１の表面上に配置された第１の導体と、
ｄ）前記状態変化層の前記第２の表面上の第２の導体であって、前記第１及び第２の導体間に電場が印加されると、前記液晶の状態が変化する第２の導体と、
ｅ）前記状態変化層と前記第１の導体間に配置され、ポリマー分散型サブミクロン粒子を有する非伝導性電場拡張層であって、前記第１及び第２の導体間に印加された前記液晶の前記状態を変化させる電場に応答して両方の導体間の領域の外側の前記状態変化層の状態を変化させる電場拡張層と、
を備えるポリマー分散型液晶を有するディスプレイシートにおいて達成される。
【００１５】
この発明は光吸収層の光吸収を最大とし、対向する導体により駆動される活性領域を改善する。電場拡張層の構造ではより厚い活性材料コーティングのために必要とされる追加の電圧が最小に抑えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は従来技術に係わるポリマー分散型コレステリック液晶を有するシートの断面図である。シート１０はフレキシブル基板１５を含む。この基板は、厚さが２０から２００μｍのポリエステルプラスチックから形成されたコダックエスター（Ｋｏｄａｋ  Ｅｓｔａｒ）フィルムベースなどの薄い透明ポリマー材料である。例示的な実施の形態では、基板１５は１２５μｍの厚さのポリエステルフィルムベースのシートとすることができる。透明なポリカーボネートなどの他のポリマー類も使用することができる。その代わりに、基板１５はガラスシートとすることができる。
【００１７】
第１の導体２０を基板１５上に形成する。第１の導体２０は酸化スズまたは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）であり、好ましい材料はＩＴＯである。典型的には第１の導体２０を構成するＩＴＯは基板１５上の層としてスパッタされ、スクエアあたり２５０Ω未満のシート抵抗を有する層が形成される。第１の導体２０は従来のリソグラフィー手段またはレーザエッチング手段によりパターニングできる。
【００１８】
状態変化層は第１のパターニングされた導体２０上にポリマー分散型コレステリック層３０をコートすることにより形成される。ポリマー分散型コレステリック層は第１及び第２の表面を規定する。コレステリック材料はネマチック液晶中のキラルドーパントの濃度を変化させることにより赤外スペクトルから可視スペクトルまでのピーク反射を有するように作成することができる。様々な強度及び継続時間の電場を印加するとキラルネマチック材料（コレステリック）が駆動されて反射状態、透過状態または中間状態となる。これらの材料は電場を除去した後いつまでも所定の状態を維持するという利点を有する。そのような材料はニューヨーク州ホーソーン所在のＥＭインダストリーズ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から入手可能なメルク（Ｍｅｒｃｋ）ＢＬ１１２、ＢＬ１１８またはＢＬ１２６などのコレステリック液晶材料とすることができる。
【００１９】
図２はポリマー分散型コレステリック層３０の一部を示したものであり、この層は脱イオン化された写真用ゼラチン中に分散させたコレステリック材料とすることができる。液晶材料は、５％の脱イオン化ゼラチン水溶液中に８％濃度で分散させることができる。懸濁水溶液中のコレステリック液晶の１０μｍ直径ドメインによりコレステリック材料の電気光学特性が最適化されることがわかっている。ポリマー分散型コレステリック層３０の第１の表面は第１の導体２０上にコートされ１０μｍの厚さのポリマー分散型コレステリックコーティングが提供される。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などの他の有機バインダをポリマー剤として使用することができる。そのような化合物は写真フィルムと関連する装置上にコートすることができる。
【００２０】
図３はコレステリック液晶の２つの安定な状態を示した図である。左側では、高電圧場が印加されて直ちに電位ゼロに切り換えられており、コレステリック液晶がプレーナ液晶５０に変換されている。プレーナ液晶５０に当たる入射光５４の一部は反射光５６となり明るい画像を形成する。右側では低電圧場の印加により、コレステリック液晶が透明なフォーカルコニック液晶５２に変換されている。フォーカルコニック液晶５２に当たる入射光５４は透過する。光吸収体５８は入射光５４を吸収しフォーカルコニック液晶５２を有する領域には暗い画像が形成される。その結果、観察者はコレステリック材料がプレーナ液晶５０であるかフォーカルコニック液晶５２であるかに依存して明領域及び暗領域を有する画像を知覚する。ポリマー分散型コレステリック層３０を有するシート１０は透明な導体と１つの光吸収導体とを有しなければならない。第１の実施の形態では、第１の導体２０は透明なＩＴＯである。
【００２１】
図１（Ａ）では、第１の導体２０と対向する第２の導体４０は光を吸収し光吸収体５８として作用する必要がある。第２の導体４０は十分な導電率を有しポリマー分散型コレステリック層３０を横切る電場を保持すべきである。第２の導体４０は従来技術ではアルミニウム、スズ、銀、白金、炭素、タングステン、モリブデン、スズまたはインジウムまたはこれらの組合せなどの導電材料を特徴としていた。これらの材料の多くの酸化物は光を吸収し光吸収体５８を提供することも周知である。従来技術により第２の導体４０はプリント導体とすることができることが教示されている。第１の導体２０及び第２の導体４０はアドレス指定可能なピクセルマトリクスを形成する直交導体のパターンとすることができる。好ましい実施の形態では、第１の導体は透明であり酸化インジウムスズを含み、第２の導体は実質的には不透明である。その代わりに、第１の導体を不透明とし、第２の導体を透明とすることができる。
【００２２】
図１（Ｂ）は本発明にかかるポリマー分散型コレステリック層３０を有するディスプレイシートの断面図である。ポリマー分散型コレステリック層３０と第２の導体４０との間に非導電性電場拡張層３２が形成される。好ましい実施の形態では、電場拡張層３２は第２の導体４０の堆積前にポリマー分散型液晶３０上にコートされるゼラチンバインダ中のサブミクロン（ナノ粒子）炭素粒子である。サブミクロン（ナノ粒子）炭素は化学的に不活性で光を吸収するという利点を有する。炭素のポリマーバインダに対する比率を制御し、層のシート抵抗が導電性でなく、典型的にはスクエアあたり１メガΩを超えるようにする。シート１０を作製する場合、シートは１以上のステーションを通って順次移動するウエブ形態とすることができる。ステーションでは、順次あるいは同時に状態変化層３０または電場拡張層３２が堆積される。
【００２３】
実験的な電場拡張層３２は、２重量％の脱イオン化ゼラチン溶液中に懸濁させた０．８重量％のサブミクロン（ナノ粒子）炭素粒子の溶液を用いて作成した。ゼラチンをバインダとして使用し、ポリマー分散型液晶３０上に２５μｍの厚さで混合物をコートした。乾燥させた電場拡張層３２の厚さは大体０．６μｍであった。得られた電場拡張層３２の光透過密度は２．０であったが機能的には非伝導性であった。実験的な電場拡張層３２は電場保持導体の縁からの距離が１ｍｍを超えた所でもコレステリック液晶材料を活性化する。
【００２４】
第２の導体４０は電場拡張層３２上に存在する。第２の導体４０は十分な導電率を有しポリマー分散型コレステリック層３０を横切る電場を支持する。第２の導体４０は真空環境でアルミニウム、スズ、銀、白金、炭素、タングステン、モリブデン、スズまたはインジウムまたはこれらの組合せなどの材料を用いて形成することができる。前記金属の酸化物を使用して暗い第２の導体４０を提供することができる。金属材料は抵抗熱、陰極アーク、電子線、スパッタリングまたはマグネトロン励起によるエネルギーにより励起することができる。酸化スズまたは酸化インジウムスズコーティングでは第２の導体４０を透明にすることができる。
【００２５】
その代わりに、第２の導体４０はアシェソンコーポレーション（Ａｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からのエレクトロダグ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄａｇ）４２３ＳＳスクリーンプリント可能な導電材料などのプリント導電インクとすることができる。そのようなプリント材料は熱可塑性樹脂中の細かく分割されたグラファイト粒子である。隣接する伝導性導体間ではプリント導体は少なくとも１２５μｍ必要とする。伝導性導体間の材料は典型的には不活性である。プリント導体は１ｍｍを超えるピクセルピッチを有する粗ディスプレイに適用できる。サブミリメートルピッチのディスプレイには真空蒸着された金属が最も適している。電場拡張層３２はエッチされた蒸着金属またはプリント第２導体４０のいずれかを使用する適用分野において有効である。
【００２６】
ポリマー分散型コレステリック層３０の光学状態を変化させるのに必要な電圧は対向する導体間の距離に比例する。ポリマー分散型コレステリック層３０は高い反射率を有するためには少なくとも４μｍの厚さでなくてはならない。開示した電場拡張層３２は印加電圧を十分透過するため、電場拡張層３２の厚さは駆動電圧の実質的な増大を必要としない。
【００２７】
図４（Ａ）は第１の導体２０上にコートされた緑色反射コレステリック材料、ＢＬ１１８のポリマー分散させた１０μｍのドメインを有する実験的なシート１０の断面図である。材料は５５０ｎｍのピーク反射度を有した。例示的な実施の形態に従い電場拡張層３２をポリマー分散型コレステリック層３０上にコートした。図４（Ｂ）では、真空蒸着クロムＤ１を蒸着金属３８として電場拡張層３２上に堆積する。図４（Ｃ）は１０６４ｎｍの波長のＹＡＧレーザを使用して蒸着金属３８をエッチし第２の導体４０を形成させた断面図である。レーザエネルギーｈνを使用すると、ポリマー分散型コレステリック液晶３０を貫通し第１の導体２０を気化させることなく、第２の導体４０がエッチされる。その代わりに、第２の導体４０は電場拡張層３２上にプリントした伝導性材料スクリーンとすることができる。
【００２８】
図５（Ａ）は従来技術にかかる断面図である。フォーカルコニック状態のポリマー分散型コレステリック層３０を通過する入射光５４は第２の導体４０に当たる。ポリマー分散型コレステリック層３０において使用したポリマーと第２の導体４０との間の屈折率が合致しないと、ポリマー分散型コレステリック層３０がフォーカルコニック状態にある場合、入射光５４の中には後方散乱光５７として反射して戻るものがある。そのため、ポリマーバインダの両方が同じ屈折率を有することが非常に望ましい。後方散乱光５７により光吸収が減少し、黒色画像の代わりに灰色画像が作成されることとなる。図５（Ｂ）は本発明にかかるシート１０の断面図である。フォーカルコニック状態のポリマー分散型コレステリック層３０を通過する入射光５４は、ポリマー分散型コレステリック層３０と共通のポリマー（ゼラチン）中に分散されたサブミクロン（ナノ粒子）炭素の雲により非常に効果的に吸収され、後方散乱光５７が除去される。
【００２９】
図６はプレーナ反射６０、従来のフォーカルコニック反射６２および改良フォーカルコニック反射６４により反射された光のプロットである。従来のフォーカルコニック反射６２では後方散乱光により、より明るい灰色の反射が起こる。電場拡張層３２によりシート１０内の後方散乱光５７を除去するとシート１０の暗さが減少し、プレーナ反射６０と改良フォーカルコニック反射６４との間のコントラスト比が改善される。
【００３０】
図７（Ａ）は従来の設計の緑色反射コレステリック液晶を有する実験的なシート１０の断面図である。高電圧パルスが第２の導体４０の最初の２つに印加されコレステリック材料がプレーナ反射状態５０に変換されている。低い電圧パルスが３番目の第２の導体４０に印加されコレステリック材料が透明なフォーカルコニック液晶５２に変換されている。両方の導体は有しないコレステリック材料は不活性材料７０であることが観察された。
【００３１】
図７（Ｂ）は電場拡張層３２を有する図７（Ａ）と同じシートである。共通電位を有する隣接する第２の導体４０間のコレステリック材料は活性材料７２となる。活性領域７２は名目上１ｍｍまで拡張できる。マトリクスディスプレイの場合、異なる電位を有する隣接する第２の導体４０では隣接する導体上に存在する電場の拡張が制限される。典型的には、電場は電位が変動する導体の中間まで拡張される。
【００３２】
図８（Ａ）は電場拡張層３２を有しないシート１０の上面図である。４つのピクセルがフォーカルコニック状態で描かれている。不活性材料７０が第１の導体２０及び第２の導体４０の間の、その両方によっては被覆されていない領域に水平および垂直に存在する。図８（Ｂ）はポリマー分散型コレステリック層３０と垂直第２導体４０との間に配置された電場拡張層３２を有するディスプレイ１０の上面図である。活性材料７２が第２導体４０間に共通の電位で、異なる電位の隣接する第２導体４０の中間に存在する。
【００３３】
図９は本発明の他の実施の形態にかかるシート１０の等大の断面図である。第１の電場拡張層３２に加えて、透明な電場拡張層３４が第１の導体２０とポリマー分散型コレステリック層３０との間に配置される。透明な有機導体は、ベルギー、モーゼル所在のアグファ−ゲバエルト（Ａｇｆａ−Ｇｅｖａｅｒｔ）Ｎ．Ｖ．からのバイトロン（登録商標）（Ｂａｙｔｒｏｎ）Ｂポリチオフェン懸濁液とすることができる。実験的なコーティングでは、透明な電場拡張層３４は第１の導体２０上に２５μｍの湿厚でコートされた１．０重量％の脱イオン化ゼラチンと１．０重量％のサブミクロン（ナノ粒子）ポリチオフェンとすることができる。乾燥させた透明電場拡張層３４の厚さは約０．７μｍである。得られた透明な電場拡張層３４は機能的に透明であるが機能的には非伝導性である。そのような透明な電場拡張層３４は電場保持電極の縁を越えたコレステリック液晶材料を活性化することができる。
【００３４】
図１０は両方の電場拡張層を有するディスプレイ１０の上面図である。全ての前の不活性材料７０が水平及び垂直導体の両方に対し活性材料７２に変換されている。両方の電場拡張層を組み合わせることにより単一の電場拡張層を有するシート１０上のディスプレイコントラストが改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は従来技術にかかるポリマー分散型コレステリック液晶を有するシートの断面図である。（Ｂ）は本発明にかかるポリマー分散型コレステリック液晶を有するシートの断面図である。
【図２】  ポリマーマトリクス中のコレステリック液晶のドメインの断面図である。
【図３】  ２つの安定な状態の各々におけるコレステリック液晶の光学特性を示す図である。
【図４】  （Ａ）は本発明にかかるポリマー分散型コレステリック液晶及び電場拡張層でコートされたシートの断面図である。（Ｂ）は蒸着コーティングを受ける図４（Ａ）のシートの断面図である。（Ｃ）はレーザエッチされた図４（Ｂ）のシートの断面図である。
【図５】  （Ａ）は従来技術にかかる図１（Ａ）のシートを通過する光の断面図である。（Ｂ）は本発明にかかる図１（Ｂ）のシートを通過する光の断面図である。
【図６】  図１（Ａ）及び図１（Ｂ）にかかるシートのスペクトル反射のプロットである。
【図７】  （Ａ）は図１（Ａ）におけるシートを通過する光の断面図である。（Ｂ）は図１（Ｂ）におけるシートを通過する光の断面図である。
【図８】  （Ａ）は図１（Ａ）の書込みシートの上面図である。（Ｂ）は図１（Ｂ）の書込みシートの上面図である。
【図９】  本発明の第２の実施の形態にかかる構築したシートの断面図である。
【図１０】  図９に示したシートの上面図である。
【符号の説明】
１０  シート、１５  フレキシブル基板、２０  第１の導体、３２  電場拡張層、４０  第２の導体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004275932.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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