(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ポリマーホスト材料、上記ホスト材料中の選択されたドメイン寸法を有するコレステリック液晶、及び界面活性剤を含み、上記材料は上記コレステリック液晶が多数の異なる反射率の状態で有効となり電界が印加されるまで任意の与えられた状態に維持される層と、
（ｂ）電圧が印加されると上記層に対して電界を印加するよう上記層に対して配置される電極と、
（ｃ）上記コレステリック液晶を任意の初期状態から選択されたグレースケール内の特定の状態まで直接的に変化させる少なくとも１つの電圧パルスを上記電極に印加する手段とを含む、
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイであって、
上記コレステリック液晶は、プレーナ状態及びフォーカル・コニック状態の両方がフォーカル・コニック電圧とプレーナ電圧との間の電圧で共通の光学的な応答を共有する固有の特徴を有し、前記電圧パルスは単極ＤＣパルスである；
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイ。
【請求項２】
（ａ）ポリマーホスト材料、上記ホスト材料中の４乃至２０ミクロンの範囲の選択されたドメイン寸法を有するコレステリック液晶、及び界面活性剤を含み、１５ミクロンよりも小さい乾燥厚さを有し、上記コレステリック液晶は多数の異なる反射率の状態で有効となり電界が印加されるまで任意の与えられた状態に維持される層と、
（ｂ）電圧が印加されると上記層に対して電界を印加するよう上記層に対して配置される電極と、
（ｃ）上記コレステリック液晶を任意の初期状態から選択されたグレースケール内の特定の状態まで直接的に変化させる一連の電圧パルスを上記電極に印加する手段とを含む、
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイであって、
上記コレステリック液晶は、プレーナ状態及びフォーカル・コニック状態の両方がフォーカル・コニック電圧とプレーナ電圧との間の電圧で共通の光学的な応答を共有する固有の特徴を有し、前記電圧パルスは単極ＤＣパルスである；
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイ。
【請求項３】
（ａ）ポリマーホスト材料、上記ホスト材料中の４乃至２０ミクロンの範囲の選択されたドメイン寸法を有するコレステリック液晶、及び界面活性剤を含み、１５ミクロンよりも小さい乾燥厚さを有し、上記コレステリック液晶は多数の異なる反射率の状態で有効となり電界が印加されるまで任意の与えられた状態に維持される層と、
（ｂ）上記層に対して行及び列に配置され、それにより行と列の交差部は電圧が印加されたときに各交差部において上記層に対して電界を印加するよう上記層に対して配置される電極と、
（ｃ）上記画素中の上記コレステリック液晶を任意の初期状態から選択されたグレースケール内の特定の状態まで直接的に変化させる一連の電圧パルスを上記電極の列及び行に印加する手段とを含む、
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイであって、
上記コレステリック液晶は、プレーナ状態及びフォーカル・コニック状態の両方がフォーカル・コニック電圧とプレーナ電圧との間の電圧で共通の光学的な応答を共有する固有の特徴を有し、前記電圧パルスは単極ＤＣパルスである；
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイ。
【請求項４】
（ａ）ポリマーホスト材料、上記ホスト材料中の選択されたドメイン寸法を有するコレステリック液晶、及び界面活性剤を含み、上記材料は上記コレステリック液晶が多数の異なる反射率の状態で有効となり電界が印加されるまで任意の与えられた状態に維持され、与えられた一組の駆動信号に対して上記コレステリック材料は上記材料の初期状態とは無関係にフォーカル・コニック状態とプレーナ状態の間の状態に変化する層と、
（ｂ）電圧が印加されると上記層に対して電界を印加するよう上記層に対して配置される電極と、
（ｃ）上記コレステリック液晶を任意の初期状態から選択されたグレースケール内の特定の状態まで直接的に変化させる電圧パルス形の駆動信号を上記電極に印加する手段とを含む、
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイであって、
上記コレステリック液晶は、プレーナ状態及びフォーカル・コニック状態の両方がフォーカル・コニック電圧とプレーナ電圧との間の電圧で共通の光学的な応答を共有する固有の特徴を有し、前記電圧パルスは単極ＤＣパルスである；
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は双安定コレステリック液晶ディスプレイ及びそれらの電気駆動の仕組みに関連する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、情報は、パーマネント・インクを載せた紙を集めたものを用いて表示されるか、又は、陰極線ディスプレイ或いは液晶ディスプレイといった電気的に変調される表面を用いて表示されうる。他のシート材料は発券情報又は金融情報を載せるための磁気的に書き込み可能な領域を有しうるが、磁気的に書き込まれたデータは可視ではない。
【０００３】
フラット・パネル・ディスプレイは、２つの透明なガラス板を基板として使用する。例えば米国特許第５，５０３，９５２号に記載されるような典型的な実施態様では、一組の電気トレースがスパッタリングされ第１の導電トレース組を形成する平行な線のパターンが形成される。第２の基板は、透明な導電性のコーティングを有する一組のトレースで同様にコーティングされる。コーティングは塗布され、表面は液晶を方向付けるためにこすられる。２つの基板は離間され、２つの基板の間の空間は液晶材料で満たされる。いずれかの組からの導体対が選択され、液晶材料の光学的な透過性を変更するために電圧が加えられる。このようなディスプレイは高価であり、現在は長い寿命を持つ適用に限られている。
【０００４】
従来のネマチック液晶材料を用いて柔軟な電子的に書き込まれるディスプレイシートの製造は、米国特許第４，４３５，０４７号に開示される。第１のシートは透明なインジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）導電領域を有し、第２のシートは表示領域に印刷された導電性のインクを有する。シートは薄いガラスであってもよいが、実用上はマイラー（Mylar）ポリエステルで形成されている。結合材中に液晶材料を分散させたものは第１のシート上にコーティングされ、第２のシートは液晶材料に結合される。電位は、液晶材料に対して動作し表示領域を露出させるよう対向する導電領域に印加される。ディスプレイは、不活性化されたときに画像を見せるのを止めるネマチック液晶材料を使用する。プライバシー保護窓は、従来のネマチック液晶の散乱性質を用いてこのような材料から製造される。ネマチック液晶は、透明のままであるために連続的な電気駆動を必要とする。
【０００５】
米国特許第５，４３７，８１１号は、従来のパターニングされたガラス基板によって囲まれるポリマードメインにあるキラル・ネマチック液晶を有する光変調セルを開示する。キラル・ネマチック液晶は、光の特定の可視波長を反射するプレーナ状態と光を散乱するフォーカル・コニック状態の間で駆動される性質を有する。キラル・ネマチック材料は、電界がないときに所与の状態のうちの１つを維持する能力を有する。
【０００６】
Paul Drzaicは、"Liquid Crystal Dispersions", World Science, Singapore, 1995の第４０８頁で、コレステリック液晶ディスプレイの電気的な駆動について述べている。Drzaicは、その第２９頁で「しかしながら、ゼラチンを使用することにより、電気的にアドレス指定されるＰＤＬＣシステムで実際使用するには導電性が高すぎる材料を作る」と述べている。Drzaicは、更に、「実際のディスプレイは電気化学的劣化を防止するためにＡＣ信号を必要とする」と述べている。後の特許は、Drzaicの仮定に従う。例えば米国特許第５，２５１，０４８号、第５，６４４，３３０号、第５，７４８，２７７号といった後の特許は全て、マトリックス型コレステリック液晶ディスプレイがディスプレイのイオン破壊を防止するために正味ゼロの単極電界を有するＡＣ電界を必要とする。引用される特許は、高価なディスプレイ構造を用いて形成されるディスプレイ構造と、ＡＣ駆動の仕組みを必要とする寿命の長い状況に適用可能なプロセスとを有する。
【０００７】
駆動の仕組みは、各素子が、イオン移動を防止するためにディスプレイに亘って正味ゼロの電界を与える交番する電界を使用して書かれることを必要とする。ＡＣ駆動は、多数の電源と、ライン当たりに多数のスイッチング素子を必要とする。
【０００８】
コレステリック液晶ディスプレイが２つの光学的に双安定な状態を有することは周知である。多数の色は、色画素化［Chien et al., SID 95 Digest, XXVI, pp. 169-171 (1995)］又はトリプルスタック［Huang et al., ASIA DISPLAY 98, pp. 883-886 (1998)］によって得ることができる。コレステリックディスプレイのフルカラーは、個々の色のグレースケールに依存する。従って、単純な駆動波形を用いて形成されるグレースケールを有するディスプレイの開発は、費用の低い電気駆動回路によって利益を受ける。グレースケールは、２値ディザ方法［Z. Yaniv et al. Proc. of International Display Research Conference, 113 (1995)］によって達成されてきた。しかしながら、この方法は明らかに有効解像度を犠牲にしている。グレースケールは、１つの画素内で、プレーナ（反射）状態とフォーカル・コニック（非反射）状態の比率を正しく混ぜるよう制御することによっても達成されてきた。しかし、開示されたコレステリック液晶ディスプレイでは、駆動電圧に対する反射率の応答は初期状態に依存する。Yang外は、Appl. Phys. Lett. 64, p. 1905 (1994)の中で、「グレースケールディスプレイのために、まず、ディスプレイはフレッシュにされねばならず、即ち、全ての画素を反射状態へ駆動するために全ての画素に対して高い電圧パルスが印加されねばならない」と述べている。グレースケールを達成するために、駆動電圧はディスプレイを中間状態へ切り換えることが要求される。例えば、コレステリックディスプレイは、まず、グレースケールが適用されたことを選択する選択位相の前に正しい電圧パルスによってプレーナ状態又はフォーカル・コニック状態のいずれかへ切り換えられる［Gandhi et al., Asia Display 98, pp. 127-130 (1998)］。他の例では、コレステリックディスプレイはまず十分に高い駆動電圧によってホメオトロピック状態に切り換えられる［Huang et al., SID Digest 98, pp. 810-813 (1998)］。この高い電圧はメモリを消去するよう機能する。
【０００９】
ここに参照として組み入れられる共通に譲渡されたJohnson及びStephensonによって２０００年１１月２８日に出願された米国特許出願第０９／７２３，３８９号は、プレーナ状態及びフォーカル・コニック状態がＤＣパルスによって達成されうることを開示する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、柔軟な基板上のコーティングされたポリマー散乱コレステリック液晶を用いて生成される低費用のメモリディスプレイであって、駆動電圧に対するこのディスプレイの反射率は駆動電圧の一定の範囲内では初期状態と独立であるようなディスプレイを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は、カラーディスプレイに対する基本的な要件であるグレースケール画像を達成するより簡単で費用の低い方法を提供することを他の目的とする。
【００１２】
本発明は異なる色で上述のグレースケールディスプレイを用いることによりフルカラー画像を達成するより簡単で費用の低い方法を提供することを他の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
（ａ）ポリマーホスト材料、ホスト材料中の選択されたドメイン寸法を有するコレステリック液晶、及び界面活性剤を含み、材料はコレステリック液晶が多数の異なる反射率の状態で有効となり電界が印加されるまで任意の与えられた状態に維持される層と、
（ｂ）電圧が印加されると層に対して電界を印加するよう層に対して配置される電極と、
（ｃ）コレステリック液晶を任意の初期状態から選択されたグレースケール内の特定の状態まで直接的に変化させる少なくとも１つの電圧パルスを電極に印加する手段とを含む、
グレースケール画像を生成するコレステリック液晶ディスプレイによって達成される。
【００１４】
本発明は、メモリを消去する必要なしに（最初に液晶を中間状態へ切り換える必要なしに）ＤＣパルスによってグレースケール画像を生成するディスプレイを開示する。
【００１５】
かかるディスプレイのグレースケール画像は、選択電圧の前にいずれの電圧も必要なしにオン電圧パルスとオフ電圧パルスの単純な組合せによって達成されうる。
【００１６】
本発明は、かかるディスプレイを駆動するために必要な電圧の数を減少させると共に、電圧スイッチング素子の数を減少させる。
【００１７】
本発明の特徴は、複雑な製造技術が関連付けられるガラス基板を用いる必要性をなくすことである。本発明は、柔軟なポリマー基板を用いることにより、反射率を変化させるために単極電界を使用することを可能とする。本発明はディスプレイの寿命を長くするとともに、駆動回路に関連付けられる費用を減少させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によって製造されるディスプレイ１０のための新規な構造を示す部分等角図である。ディスプレイ１０は、２０乃至２００ミクロンの厚さを有するポリエステルプラスチックから形成されるＫｏｄａｋ  Ｅｓｔａｒフィルムベースといった薄い透明なポリマー材料の柔軟な基板１５を含む。典型的な実施例では、基板１５はポリエステルのフィルムベースの１２５ミクロンの厚さのシートでありうる。透明なポリカーボネートといった他のポリマーもまた使用されうる。
【００１９】
第１のパターニングされた導体２０の形状の電極は、基板１５の上に形成される。第１のパターニングされた導体２０は、スズ酸化物又はインジウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）でありうるが、ＩＴＯが望ましい材料である。一般的に、第１のパターニングされた導体２０は、２５０オーム毎平方（ohms per square）よりも少ない抵抗を有する基板１５の上の層としてスパッタリングされる。レイヤは、任意の周知の方法で第１のパターニングされた導体２０を形成するようパターニングされる。或いは、第１のパターニングされた導体２０は、銅、アルミニウム、又はニッケルといった不透明な導電材料でありうる。第１のパターニングされた導体２０が不透明な金属である場合、金属は、光を吸収する第１のパターニングされた導体２０を形成するために金属酸化物でありうる。第１のパターニングされた導体２０は、従来のフォトリソグラフィー又はレーザーエッチング手段によって導電層の中に形成される。
【００２０】
ポリマー分散コレステリック層３０は、第１のパターニングされた導体２０の上に重なる。ポリマー分散コレステリック層３０は、ここに参照として組み入れられる米国特許第５，６９５，６８２号に記載のようにポリマーホスト材料及び分散コレステリック液晶材料を含む。様々な振幅及び持続期間の電界を印加することにより、キラル・ネマチック（コレステリック）材料を反射状態、透過状態又は中間状態に駆動しうる。これらのコレステリック材料は、電界が除かれた後、与えられた状態をいつまでも維持するという利点を有する。コレステリック液晶材料は、米国ニューヨーク州ホーソンのＥＭ Industriesから市販されているMerck BL112, BL118又は BL126でありうる。
【００２１】
望ましい実施例では、ポリマーホスト材料は、消イオンされた写真用ゼラチン中に分散されるＥ．Ｍ．Industriesのコレステリック材料BL-118によって与えられる。液晶材料は、５％の消イオンされたゼラチン水溶液中に８％の濃度で分散される。混合物は、水溶性懸濁液中に液晶の１０ミクロン直径の領域を形成するよう分散される。材料は７ミクロンの厚さのポリマー分散コレステリックコーティングを与えるようパターニングされたＩＴＯポリエステルシート上にコーティングされる。例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又はポリエチレン酸化物（ＰＥＯ）といった他の有機結合剤が使用されうる。このような化合物は、写真フィルムに関連付けられる機器で機械でコーティング可能である。
【００２２】
第２のパターニングされた導体４０の形状の電極は、ポリマー分散コレステリック層３０の上に重なる。第２のパターニングされた導体４０は、ポリマー分散コレステリック層３０に亘って電界を保つのに十分な導電性を有するべきである。第２のパターニングされた導体４０は、真空環境で、アルミニウム、銀、プラチナ、炭素、タングステン、モリブデン、スズ、又は、インジウム、又はその組合せ等の材料を用いて形成されうる。第２のパターニングされた導体４０は、蒸着された層の形式で示される。これらの金属の酸化物は、第２のパターニングされた導体４０を暗くするために使用されうる。金属材料は、抵抗加熱、陰極のアーク、電子ビーム、スパッタリング、又はマグネトロン励起からのエネルギーによって活性化されうる。スズ酸化物又はインジウム・スズ酸化物のコーティングは、第２のパターニングされた導体４０が透明となることを可能とする。ポリマー分散コレステリック層３０に対して配置された電極２０及び４０は行と列に並べられ、行と列の交差部は、電極に電圧が印加されたときにポリマー分散コレステリック層３０に対して各交差部において電界を印加するための画素を画成する。
【００２３】
望ましい実施例では、第２のパターニングされた導体４０は、Acheson Corporationから市販のElectrodag 423SSスクリーン印刷可能導電材料といった印刷された導電性のインクである。このような印刷された材料は、熱可塑性樹脂中の細かく分割されたグラファイト分子である。第２のパターニングされた導体４０は、表示の費用を減少させるために印刷されたインクを用いて形成される。基板１５のために柔軟な支持体を使用すること、第１のパターニングされた導体２０を形成するためにレーザエッチングすること、ポリマー分散コレステリック層３０を機械コーティングすること、及び、第２のパターニングされた導体４０を印刷することは、非常に低い費用のメモリディスプレイの製造を可能とする。これらの方法を用いて形成される小さいディスプレイは、安価な限られた再書き込み適用のための電子的に再書き込み可能なタグとして使用されうる。
【００２４】
図２Ａ及び図２Ｂは、コレステリック液晶の２つの安定状態を示す図である。図２Ａにおいて、高い電圧の電界が印加され、迅速にゼロ電位へ切り換えられ、これによりコレステリック液晶はプレーナ状態２２へ変換される。プレーナ状態２２にあるコレステリック液晶に当たる入射光２６は、明るい画像を生成するよう反射光２８として反射される。図２Ｂ中、より低い電圧の電界を印加することによりコレステリック液晶は透明なフォーカル・コニック状態２４とされる。フォーカル・コニック状態２４にあるコレステリック液晶に当たる入射光２６は主に前方に散乱される。第２のパターニングされた導体４０は、液晶材料がフォーカル・コニック状態２４にあるときに暗い画像を生成するよう入射光２６を吸収する黒でありうる。結果として、観察者は、コレステリック材料がプレーナ状態２２にあるかフォーカル・コニック状態２４にあるかに依存して夫々明るい又は暗い画像を知覚する。図２Ｃ中、コレステリック液晶は、高い電圧が印加されたときはホメオトロピック状態２５にある。ホメオトロピック状態２５あるコレステリック液晶を照明する入射光２６は透過される。
【００２５】
図３は、印加されるパルス電圧に対するコレステリック材料の反射応答を示すグラフである。曲線ａは、コレステリック液晶が最初にプレーナ状態２２にあるときに得られ、曲線ｂは、コレステリック液晶が最初にフォーカル・コニック状態２４にあるときに得られる。両方の曲線は、印加されたパルスが終わった後のどこかの時間で測定される。このような曲線は、米国特許第５，３８４，０６７号、第５，４５３，８６３号、第５，６９５，６８２号と、上述のDrzaicの参考文献に記載されている。一般的には５乃至２００ミリ秒のあるパルス時間について、ある電圧のパルスは、コレステリック液晶の光学的な状態を変化させうる。コレステリックディスプレイについて記載された従来技術は、高価な従来のフラット・パネル・ディスプレイ処理を用いて構築されるディスプレイをカバーする。従って、イオン損傷を防止するために、コレステリックディスプレイのために二極性の電圧駆動の仕組みが使用される。二極性の駆動は、各駆動線のために少なくとも２つの電圧と２つの別の半導体スイッチング素子とを必要とする。
【００２６】
従来技術では、パルス電圧がＶ２とＶ３の間であるか、Ｖ４よりも大きいときは、曲線ａと曲線ｂは互いの上に重なる。以下、Ｖ３をフォーカル・コニック電圧又はオフ電圧と称するものとし、Ｖ４をプレーナ電圧又はオン電圧と称するものとする。パルス電圧がＶ２とＶ３の間であるとき、コレステリック液晶はフォーカル・コニック状態２４へ駆動される。パルス電圧がＶ４よりも上であるとき、コレステリック液晶はまずホメオトロピック状態２５に切り換えられ、次にプレーナ状態２２へ緩和される。しかしながら、コレステリック液晶をプレーナ状態２２及びフォーカル・コニック状態２４のいずれかから同じグレースケール画像へ切り換えうる共通の電圧はない。曲線ａ及び曲線ｂはＶ３とＶ４の間では重なり合わないため、最初の電圧パルスはグレースケール画像を形成するためには全ての材料をプレーナ状態２２又はフォーカル・コニック状態２４のいずれかに駆動することが必要とされる。
【００２７】
図４Ａは、グレースケール画像を達成するための従来技術の方法［Gandhi et al., Asia Display 98, pp. 127-130 (1998)］を示す図である。コレステリック液晶は、まず十分に高い電圧Ｖ４によってプレーナ状態２２へ切り換えられる。次に、プレーナ状態２２は、図３中のＶ１とＶ２の間のパルス化された電圧によって曲線１に基づいて、又はＶ３及びＶ６の間のパルス化された電圧によって曲線２に基づいて、異なるグレースケール画像へ選択的に切り換えられる。グレースケール画像を達成するための第２の方法は図４Ｂに示される。コレステリック液晶は、まず、Ｖ２とＶ３の間の電圧によってフォーカル・コニック状態２４に切り換えられる。次に、フォーカル・コニック状態２４は、図３中の曲線３に基づいてＶ５とＶ４の間のパルス化された電圧によって異なるグレースケール画像へ選択的に切り換えられる。
【００２８】
図４Ｃは、十分に高い電圧が印加される準備位相５０と、続く選択位相５１及び展開位相５２によってグレースケールを達成するための他の第３の従来技術の方法（Huang et al., SID Digest 98, pp. 810-813 (1998)）を示す。５１及び５２といった追加的に必要とされるパルス電圧位相は必要ではない。本発明は、単純なパルス電圧でグレースケール画像を達成する。
【００２９】
図５は、印加されるパルス電圧に対する本発明によるディスプレイの反射率応答を示すグラフである。あるポリマー分散組成は、Ｖ３とＶ４の間の電圧ではプレーナ状態２２とフォーカル・コニック状態２４の両方が共通の光学的な応答（曲線６）を共有するという固有の性質を有する。この電圧範囲では、反射率は、初期状態とは独立に最小から最大へ連続的に変化する。ある一組の駆動信号について、コレステリック材料は材料の初期状態に関わらずフォーカル・コニック状態とプレーナ状態の間の状態に変化する。従って、コレステリック液晶は多数の異なる反射率状態で有効であり、電界が印加されるまで任意の与えられた状態のままである。換言すれば、電圧パルスの形状の正しい駆動信号を電極に印加することにより、コレステリック液晶は任意の初期状態から選択されたグレースケール中の特定の状態へ直接変化する。初期状態は、（最大の反射率を有する）プレーナ状態２２、（最大の反射率を有する）フォーカル・コニック状態２４、又は（最大の反射率と最大の反射率の間の任意のグレーレベルを有する）任意の他の中間状態でありうる。
【００３０】
図６Ａは、印加されるパルス電圧に対する実験材料の反射率応答の実験データを示す図である。５０％デューティーサイクル及び１ｋＨｚの２００ｍｓの長さのＤＣパルスによって設定された異なる初期状態に対応する一組の曲線が得られた。４５Ｖ、６０Ｖ、７０Ｖ、７５Ｖ、８０Ｖ、８５Ｖ、９０Ｖ及び９５Ｖを含む様々なパルス電圧が印加された。本発明による６０Ｖ乃至９０Ｖの液晶ディスプレイにパルス電圧振幅を伴う５０％デューティーサイクル及び１ｋＨｚの２００ｍｓの長さのＤＣパルスが印加されたとき、反射率応答は全ての初期状態に対して略同じであった。コレステリック液晶は、コレステリック液晶の初期状態に関わらず選択されたグレースケール内で特定の状態に変換された。「略」とは、種々の初期状態からのピーク波長における反射率の最大の差が、フォーカル・コニック電圧（６０Ｖ）とプレーナ電圧（９０Ｖ）との間の任意の電圧において反射率の１％内であり、望ましくは最大の差は反射率の１％よりも更に小さいことを意味する。本実施例では、反射率は９０Ｖのとき２０％であり、６０Ｖのとき３％であった。反射率の最大の差が反射率の１％以内であるとき、１６以上のグレーレベルが容易に区別されうる。この固有の電気光学性質は、ディスプレイが単純なＤＣパルスの振幅変調により任意のグレースケール状態へ変換されることを可能とする。更に、グレースケール状態は、パルス幅変調によっても、即ち、フォーカル・コニック電圧Ｖ３の持続時間Ｔoff及びプレーナ電圧Ｖ４の持続時間Ｔonを全体パルス間隔Ｔon＋Ｔoffに対して調整することによっても達成されうる。図６Ｂは、フォーカル・コニック電圧Ｖ３が６０Ｖ、プレーナ電圧Ｖ４が９０Ｖに選択されたときに、Ｔoff／（Ｔon＋Ｔoff）の比の変化がその初期状態と略無関係に種々のグレースケール状態を生じさせたことを示す。他の例では、図６Ｃは、フォーカル・コニック電圧Ｖ３が６０Ｖ、プレーナ電圧Ｖ４が９５Ｖに選択されたときに、Ｔon／（Ｔon＋Ｔoff）の比の変化がやはり液晶の初期状態と略独立に種々のグレースケール状態を生じさせたことを示す。
【００３１】
このディスプレイの固有の電気光学的な性質は、所定のデューティーサイクル、パルスの周波数及び数、振幅といった駆動パラメータにも依存する。望ましい駆動パラメータがない場合、プレーナ状態２２及びフォーカル・コニック状態２４は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように最大及び最小の反射率以外は、電圧に対して異なるグレーレベル応答を有する。図７Ａ中、パルスはＤＣであり、図７Ｂ中、パルスはＡＣである。
【００３２】
おどろくべきことに、正しいパラメータを有する単極ＤＣパルスのみがこの固有の光学的な応答を生じさせることが観察された。このため、電界パルスは望ましくはＤＣパルスである。ＤＣパルスは、図８Ａに示されるような、パルス幅ｔ０と振幅によって完全に特徴付けられる連続パルス（単一のパルス）でありうる。しかしながら、ＤＣ電圧パルスは、パルス幅ｔ０、デューティーサイクルｔ２／ｔ１、周波数１／ｔ１、及び振幅によって特徴付けられる一連のサブ連続ＤＣ電圧パルスからなるものでありうることが理解されるべきである。デューティーサイクルは、全体パルス幅に亘る有効持続時間の比である。図８Ｂは、本発明によって使用されうる一連のＤＣ電圧パルスを示す。一連のＤＣ電圧パルスを一連のＡＣ電圧パルスと比較するために、図８Ｄは、パルス幅ｔ０、正の極性の分数ｔ２／ｔ１、周波数１／ｔ１、及び振幅によって特徴づけられる一連の電圧パルスからなるＡＣパルスを示す。更に、図８Ｃは、各サブＤＣパルスがそれ自身のサブＤＣパルスを有し、夫々がパルス幅ｔ２、デューティーサイクルｔ４／ｔ３、周波数１／ｔ３、及び振幅によって特徴付けられることを示す。
【００３３】
駆動時間を有効に使用するために、比ｔ１／ｔ２及びｔ３／ｔ４は整数であることが望ましい。使用されるＤＣパルスが図８Ｂによって示されるとき、ｔ１／ｔ２までの幾つかの列は選択されるべくまとめられうる。電圧パルスが１つの行についてゼロとなるときに、電圧パルスはｔ１／２−１までの次の幾つかの行に印加されうる。従って、各ラインに対する有効駆動時間は、実際は全パルス時間ｔ０にデューティーサイクルｔ２／ｔ１を掛け合わせたものとなる。
【００３４】
図９Ａは、振幅変調のための波形を示す図である。ディスプレイのグレースケール画像は、電圧振幅をフォーカル・コニック電圧からプレーナ電圧へ変化させることによって形成される。パルス幅変調のために、フォーカル・コニック電圧とプレーナ電圧の種々の組合せがある。図９Ｂは、最初にフォーカル・コニック電圧Ｖ３があり続いてプレーナ電圧Ｖ４がある電圧パルスを示す。図９Ｃは、最初にフォーカル・コニック電圧Ｖ３があり続いてプレーナ電圧Ｖ４があり更に続いてフォーカル・コニック電圧Ｖ３がある電圧パルスを示す。図９Ｄは、最初にプレーナ電圧Ｖ４があり続いてフォーカル・コニック電圧Ｖ３がある電圧パルスを示す。
【００３５】
例１：
本例では、ＩＴＯコーティングされた柔軟な基板１５上にゼラチン分散コレステリック液晶材料がコーティングされポリマー分散コレステリック層３０が形成される。コーティングを均一とするため、分散剤の中に少量の界面活性剤が添加される。コーティングに亘って電界を与えるためにゼラチン分散コレステリック材料の上に１インチ平方導電パッチが印刷される。コレステリック液晶は、緑の光を反射するMerck社から市販のBL118である。例では、コレステリック液晶、ゼラチン、界面活性剤の重量比は８：５：１である。混合物は均質化され水溶性の懸濁液中に液晶の１０ミクロンのドメインを形成する。このディスプレイの略共通のグレースケール応答は、デューティーサイクルが５０％で周波数が２０Ｈｚの７０ミリ秒のＤＣパルスによって達成された。同じ応答は、デューティーサイクルが２０％で周波数が５０Ｈｚの１４０ミリ秒のＤＣパルスによって得られた。更に、共通の応答は、デューティーサイクルが２５％で周波数が１００Ｈｚの１４０ミリ秒のＤＣパルス、又は、デューティーサイクルが１００％の５００ミリ秒のＤＣパルスを用いて見つけられた。他の駆動パラメータは当業者によって見つけられるであろう。
【００３６】
例２：
ディスプレイパッチは、コレステリック液晶、ゼラチン、及び界面活性剤の比が変化されたことを除き、例１と同様に準備された。比は、夫々、１：１：０．０６，１．６：１：０．０６，２．４：１：０．６及び４：１：０．６であった。乾燥したコーティングの厚さは、２．６ミクロンから１３．３ミクロンに変化された。上述と同様とされた異なる初期状態からのこのディスプレイの略同じグレースケール応答は、正しいＤＣ駆動パラメータを用いて駆動することによって得られた。より大きい乾燥厚さは反射率を高めるが、駆動電圧も増加させる。トレードオフとして、ポリマーホスト材料及びコレステリック液晶を含む層は１５ミクロンよりも小さい乾燥厚さを有することが望ましい。
【００３７】
例３：
ディスプレイパッチは、水溶性の懸濁液中の液晶ドメインの寸法が４．８から１６．１ミクロンまで変えられたことを除き、例１と同様に準備された。この寸法は、分散剤がＩＴＯコーティングされたＰＥＴフィルム上にコーティングされる前に測定された。上述と同様とされた異なる初期状態からのこのディスプレイの略同じグレースケール応答は、正しいＤＣ駆動パラメータを用いて駆動することによって得られた。一般的に、ゼラチンとコレステリック液晶のある比に対して、液晶についての最適化されたドメイン寸法がある。ゼラチンとコレステリック液晶の比が１：２から４：１へ変えられると、液晶ドメイン寸法は４乃至２０ミクロンの範囲に選択されることが望ましい。
【００３８】
本発明によるディスプレイは、材料の状態をプレーナ状態からフォーカル・コニック状態へ切り換えるために５秒毎にディスプレイ１０に対して切り換えられる２０ミリ秒の単極電界を用いてテストされた。ゼラチン分散コレステリック材料は、１０，０００回の再書き込みの限られた寿命のテストに亘って駆動された。寿病のテストは、ディスプレイ１０に対して連続的に印加される２００秒の単極電圧に等しい。テストパッチは、寿命テストを通じて明らかな可視の劣化なしに動作した。寿命テストは、１００，０００サイクルまで延ばされた。テストディスプレイ１０は、わずかな劣化で動作しつづけた。この実験から、印刷された導体を有する柔軟な基板１５上のポリマー分散コレステリック材料は、限られた寿命のディスプレイ適用のために必要とされる少なくとも限られた数の寿命に亘って単極（ＤＣ）電界で駆動されうることがわかった。このようなディスプレイは、単一の電圧で動作する安価な単純なスイッチング素子を用いる駆動の仕組みから利益を受ける。
【００３９】
上述のように本発明によれば複数のディスプレイからなるカラーディスプレイが製造されうることがわかる。この場合、異なるディスプレイ中のコレステリック液晶は多色画像が生成されうるよう異なる色を生じさせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって製造されるコレステリック液晶ディスプレイを示す部分等角図である。
【図２Ａ】光を反射するプレーナ状態にあるキラル・ネマチック材料を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】光を前方に散乱するフォーカル・コニック状態にあるキラル・ネマチック材料を示す図である。
【図２Ｃ】光を透過するホメオトロピック状態にあるキラル・ネマチック材料を示す図である。
【図３】パルス化された電圧に対するコレステリック材料の反射率の応答を示す典型的なグラフである（従来技術）。
【図４Ａ】まず十分に高い電圧パルスによって最大の反射率の状態へ切り換え、次に低い電圧のパルス又は高い電圧のパルスを印加することによってグレースケールを達成する１つの方法を概略的に示す図である（従来技術）。
【図４Ｂ】まず比較的低い電圧パルスによって最小の反射率の状態へ切り換え、次に高い電圧パルスを印加することによってグレースケールを達成する他の方法を概略的に示す図である（従来技術）。
【図４Ｃ】十分に高い電圧パルスによって液晶がセル厚さに対して略平行な状態へ切り換え、次に低い電圧パルスと、他の電圧パルスとを印加することによってグレースケールを達成する更なる方法を示す図である（従来技術）。
【図５】本発明によるパルス電圧に対するディスプレイの反射率の応答を示すグラフである。
【図６Ａ】正しいＤＣ駆動パラメータを用いた本発明によるパルス電圧に対するディスプレイの反射率の応答の実験データを示す図である。
【図６Ｂ】正しいＤＣ駆動パラメータを用いた本発明によるＴoff／（Ｔon＋Ｔoff）の比に対するディスプレイの反射率の応答の実験データを示す図である。
【図６Ｃ】正しいＤＣ駆動パラメータを用いた本発明によるＴon／（Ｔon＋Ｔoff）の比に対するディスプレイの反射率の応答の実験データを示す図である。
【図７Ａ】正しいＤＣ駆動パラメータなしで駆動された本発明によるパルス電圧に対するディスプレイの反射率の応答の実験データを示す図である。
【図７Ｂ】ＡＣ駆動パラメータで駆動された本発明によるパルス電圧に対するディスプレイの反射率の応答の実験データを示す図である。
【図８Ａ】パルス幅ｔ０を有する連続ＤＣパルスを示す図である。
【図８Ｂ】サブパルス幅ｔ２及びデューティーサイクルｔ２／ｔ１で特徴付けられる一連のサブ連続ＤＣパルスからなるパルス幅ｔ０のＤＣパルスを示す図である。
【図８Ｃ】一連のサブＤＣパルスからなり、各サブＤＣパルスが更に一連のサブ連続パルスからなる、パルス幅ｔ０のＤＣパルスを示す図である。
【図８Ｄ】一連のサブ連続ＤＣパルスからなるＤＣパルスと比較してＡＣパルスを示す図である。
【図９Ａ】グレースケールを達成するための位相振幅変調を示す図である。
【図９Ｂ】最初のオフ電圧とそれに続くオン電圧を用いてグレースケールを達成するためのパルス幅変調を示す図である。
【図９Ｃ】最初のオフ電圧とそれに続くオン電圧とそれに続くオフ電圧によってグレースケールを達成するためのパルス幅変調を示す図である。
【図９Ｄ】最初のオン電圧とそれに続くオフ電圧を用いてグレースケールを達成するためのパルス幅変調を示す図である。
【符号の説明】
１０    ディスプレイ
１５    基板
２０    導体
３０    ポリマー分散コレステリック層
【図１】
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【図２Ａ】
0004316202.tif 000003
【図２Ｂ】
0004316202.tif 000004
【図２Ｃ】
0004316202.tif 000005
【図３】
0004316202.tif 000006
【図４Ａ】
0004316202.tif 000007
【図４Ｂ】
0004316202.tif 000008
【図４Ｃ】
0004316202.tif 000009
【図５】
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【図６Ａ】
0004316202.tif 000011
【図６Ｂ】
0004316202.tif 000012
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
0004316202.tif 000014
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
0004316202.tif 000020
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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