JP4176599B2 - 表示媒体とそれを用いた表示装置及び可逆表示体 - Google Patents
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偏光板を利用しないもう一つの代表的な表示素子として、液晶性ゲルからなる調光層を用いた素子が提案されている(特許文献1、2、3、4)。液晶性ゲルは、本来流動性を有する液状の液晶性化合物の流動性を実質上消失させた、液晶性を示すゲル状物質である。
また、液晶化合物と、−NH−CH(−R)−CO−で表される2価の骨格を含む有機基を有するゲル化剤からなるゲル状物質、及びそれを用いた表示素子が、上記特許文献2に提示されている。具体的には、ラビング処理したポリイミド配向膜を有する二枚のITO電極間に、ゲル状物質からなる調光層を設けて形成されたTN型素子が示されている。このTN型セルは、電界応答性の点で、ゲル化されていない液晶化合物を用いる場合より優れている。
更に、上記特許文献4に記載の方法は、水平配向から垂直配向へのスイッチングをスムーズに行うが、コントラストの点で前記の素子と同様に十分な水準に達していないという問題がある。
請求項2に記載の発明は、前記表示媒体の少なくとも一部分に保護層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の表示媒体である。
請求項3に記載の発明は、前記表示媒体の少なくとも一部分、及び/又は保護層上の少なくとも一部分に、印刷層を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の表示媒体である。
請求項5に記載の発明は、情報記録部を設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の表示媒体である。
請求項6に記載の発明は、前記情報記録部が、磁気の作用により情報記録の書き込みと読み出しが可能な記録部であることを特徴とする請求項5に記載の表示媒体である。
請求項7に記載の発明は、前記情報記録部が、集積回路メモリ又は光メモリであることを特徴とする請求項5又は6に記載の表示媒体である。
請求項8に記載の発明は、前記情報記録部が、光の作用により情報記録の読み出しが可能な透明な記録部であることを特徴とする請求項5ないし7のいずれかに記載の表示媒体である。
請求項9に記載の発明は、前記情報記録部の情報が、表示媒体の表裏を示す情報及び/又は表示媒体の位置を示す情報であることを特徴とする請求項5ないし8のいずれかに記載の表示媒体である。
請求項11に記載の発明は、画像信号に応じて表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子が、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項10に記載の表示装置である。
請求項12に記載の発明は、請求項1ないし9のいずれかに記載の表示媒体と薄膜トランジスタとが一体となったことを特徴とする可逆表示体である。
請求項13に記載の発明は、請求項1ないし9のいずれかに記載の表示媒体が、その一部又は全てを占めることを特徴とする可逆表示体である。
請求項14に記載の発明は、可逆表示体が、可逆表示カード、可逆表示シート、可逆表示ディスプレイ又は可逆表示型看板であることを特徴とする請求項13に記載の可逆表示体である。
請求項15に記載の発明は、可逆表示カード、可逆表示シート、可逆表示ディスプレイ又は可逆表示型看板が可撓性を有することを特徴とする請求項14に記載の可逆表示体である。
図1は、本発明の表示セルとその表示セルに内包した表示組成物からなる表示媒体の形態の一例を示した図である。表示セルは、片側表面に電極2と炭素数8以上の長鎖アルキル基を有する化合物からなる垂直配向性液晶配向膜3を順に積層した光吸収性基板1と、片側表面に透明電極5と炭素数8以上の長鎖アルキル基を有する化合物からなる垂直配向性液晶配向膜6を順に積層した透明基板4とを、それらの配向膜面同士が対向するように配置して形成され、表示組成物8は、0.3〜1.2μmの螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶組成物7とゲル化剤から形成されている。
0.3〜1.2μmの螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶組成物7は、正の誘電率を示す周波数fLの電圧を印加・遮断することによって光透過状態のフォーカルコニック配向を形成し、また負の誘電率を示す周波数fHの電圧を印加・遮断することによって光選択反射状態のプレーナ配向を形成する。
また、1.2μmより大きい螺旋ピッチを有するプレーナ配向では、光選択反射が発現し難いため、電気泳動性粒子6に依存する色調以外の色調が表示されない。一方、表示組成物8の螺旋ピッチを小さくするためには、二周波駆動液晶組成物7に対してより多くのカイラル剤を配合させる必要があるが、カイラル剤の濃度の増加に比例して表示組成物8の粘度が高くなるため、応答速度の低下や駆動電圧の増大などの問題が生じる。よって螺旋ピッチの下限は0.3とする。
また、0.3〜1.2μmの螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶組成物7は、ゲル化剤によりゲル組成物とすることによってプレーナ配向とフォーカルコニック配向が更に安定的に保持される。
液晶ゲル組成物は、液晶性化合物とゲル化剤からなる熱溶液を室温まで冷却し、長時間放置する方法、又はその熱溶液に超音波を当てる方法により得られる。液晶/ゲル化剤の熱溶液は、液晶化合物にゲル化剤を加え撹拌する方法、或いはゲル化剤を溶解可能な溶媒に室温で又は加熱して溶解し、この溶液を加熱液晶化合物に加える方法により得られる。
図1(b)に示すように、周波数fLを印加すると、0.3〜1.2μmの螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶組成物7は、正の誘電率異方性を示すためフォーカルコニック配向し、可視光を透過する透明状態となる。よって、透明基板4側は、光吸収性基板1による色調が表示される。
この状態で電圧の印加を停止すると、0.3〜1.2μmの螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶組成物7は、ゲル化剤との界面と垂直配向性液晶配向膜3、6の影響を受けてフォーカルコニック配向を保ち、透明状態が維持され、電圧印加時の光吸収性基板1による色調が長期安定的に保持される。
光吸収性基板1は光吸収層を有するガラス板かプラスチックフィルムからなる着色した基板である。透明基板4は、ガラス板かプラスチックフィルムからなる透明な基板である。基板1と4の厚さは約10μm〜1mm、好ましくは25〜200μmである。電極2は透明であっても着色していてもよく、金属、ITO、SnO2、ZnO:Alなどの導電体薄膜からなり、スッパタリング法、真空蒸着法、CVD法、塗布法などにより形成する。電極5は、ITO、SnO2、ZnO:Alなどの透明な材料からなる透明電極である。電極2と電極5は、マトリックス状にパターン化されているか又はパターン化されていない電極であり、少なくとも一方がパターン化されていない電極である。パターン化されていない電極は共通電極として使用することができる。垂直配向性液晶配向膜3、6は、物理吸着法や化学吸着法などにより設け、ラビング処理を必要としない。
保護層11の厚さは、基板4を保護する機能を有する範囲内で可能な限り薄い方が望ましく、約0.1〜100μm、より好ましくは0.3〜30μmである。
保護層材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニルデン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアセタール、アクリル樹脂、メチルセルロース、エチルセルロース、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ジエン樹脂、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアリレート、アラミド、ポリイミド、ポリ−p−フェニレン、ポリ−p−キシレン、ポリ−p−フェニレンビニレン、ポリヒダントイン、ポリパラバン酸、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサジアゾール、ポリキノキサリン、熱硬化性樹脂又は活性エネルギー線硬化樹脂、或いはそれらの混合物が挙げられる。
印刷保護層13は保護層11と同様な材料からなり、印刷層12上及び保護層11上に、保護層11や印刷層12と同様に公知の方法により設けることができる。
図3(a)に示すように、非表示面26には、磁気記録部23と集積回路メモリ24を基板1上の少なくとも一部分に設け、その磁気記録部23、集積回路メモリ24及び基板1上に第二保護層25を設ける。第二保護層25は、前記の保護層11や印刷保護層13を構成する材料と同様な材料から形成される。
図3(b)に示すように、透明な記録部22は格子状に設けることができる。形成される行xnと列ym(n、m=1、2…)の交差点(xn、ym)を読み出し/書き込み情報として固有化し、デジタル情報として利用することができる。即ち、このような表示媒体の場合、透明な基板4、透明な共通電極5、及び透明な記録部22を通して表示組成物8の表示が目視できると同時に、その表示に相当するか又は独立したデジタル情報を書き込んだり読み出したりすることができる。また、保護層21は透明な記録部22を保護する。
更に、前記の表示媒体と、当該表示媒体に視認可能な情報を表示させることができる書き込み装置とからなり、前記表示媒体と前記書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能な表示装置を構成することができる。そして、前記書き込み装置は複数の信号電極と走査電極を装備し、その交差部に画像信号に応じて表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子を有し、それによって前記表示媒体に画像を表示するように構成することができる。
このような構成では、2次元配列された電界印加手段がスイッチング素子を有するため、その作用により選択時にある部位に与えられた電荷は非選択時には表示媒体を構成する材料の時定数で放電するため、それが粒子の移動時間(応答時間)より長い場合には選択時間を応答時間より短くすることが可能となり、その結果、書き込み速度が速くなる。
スイッチング素子としては、大面積の薄膜デバイスの作製が容易な薄膜トランジスタが好ましい。薄膜トランジスタは3端子素子であるためスイッチング性能が高く、中間調を伴うような場合にも鮮明な表示を得ることができる。なお、より書き込み速度を速くするために、蓄積コンデンサを等価回路的に表示媒体と並列になるように設けることも可能である。
前記表示媒体は、薄膜トランジスタと表示媒体を一体化した可逆表示体として各種の形態で用いることができる。また、前記表示媒体は、その表示媒体が一部分又は全てを占める可逆表示体として各種の形態で用いることができる。
また、上記した表示媒体は、基板を始めとする構成により媒体に可撓性を付与させることができるので、前記のカード、シート、ディスプレイ、看板、広告を始めとする各種用途において形状による制約を受けることがなく、非常に幅広い用途に対応することができる。
[表示媒体の作製]
厚さ1.1mmのITO付きガラス基板(SuperITO−A、アルバック成膜(株)製)を1:1:5の過酸化水素水(約30%)、アンモニア留水溶液(約30%)及イオン交換水からなる溶液に浸し、約5分間超音波処理した後、同溶液に60℃で30分間浸して、ITO表面に水酸基を創製した。5体積%のオクタデシルトリメトキシシランを溶解した乾燥トルエン溶液に、0.5体積%のn−ブチルアミンを加えた。得られた溶液に、前記の表面処理したITO付きガラス基板を浸し、10℃以下で約60分間超音波処理して、ITO表面に垂直配向性液晶配向膜を形成した。
垂直配向性液晶配向膜を形成したITO付きガラス基板を2枚用意し、配向膜面を対向させて配置し、樹脂粒子スペーサーにより約18μmの電極面間距離を有する内部空間を形成して、表示セルを得た。
一方、100.0gの二周波駆動液晶組成物MX001544(メルクジャパン社製、Δε(10kHz)=1.1、Δε(100kHz)=−3.9)に、8.1gのカイラル剤S−1011(メルクジャパン社製)を溶解し、液晶組成物を調製した。くさび形セルにより螺旋ピッチを測定した結果、約1.1μmであった。
この液晶組成物に1.0gの下記〔化1〕の構造を有するゲル化剤を加え、溶解するまで加熱しながら撹拌した後、約6時間放置して流動性のない液晶ゲル組成物を得た。このゲル組成物を再度加熱し、得られた透明な溶液を上記の表示セルの内部空間に注入した。約12時間放置した後、接着剤でセルを封止し、表示媒体を作製した。
[表示媒体の作製]
100mgのネマチック液晶組成物MX001544に、10.3mgのカイラル剤S−1011を溶解し、液晶組成物を調製した。くさび形セルにより螺旋ピッチを測定した結果、約0.6μmであった。
この液晶組成物を用い、実施例1と同様にして液晶ゲル組成物を調製した後、表示媒体を作製した。
実施例1のオクタデシルトリメトキシシランの代わりにヘキシルメトキシシランを用いた点以外は、実施例1と同様にして表示セルを作製した。
この表示セルに実施例2と同じ液晶ゲル組成物を注入し、実施例2と同様にして表示媒体を作製した。
100gのネマチック液晶組成物MX001544に、6.2gのカイラル剤S−1011を溶解し、液晶組成物を調製した。くさび形セルにより螺旋ピッチを測定した結果、約1.8μmであった。
この液晶組成物を用い、実施例2と同様にして液晶ゲル組成物を調製した後、表示媒体を作製した。
実施例2と同様にして調製した液晶組成物を、比較例1と同じ表示セルに注入して表示媒体を作製した。
実施例1〜2及び比較例1〜3において作製した表示媒体に、媒体の電極を介して表示面側に50V(100Hz)の電圧を印加して二周波駆動液晶組成物をフォーカルコニック配向させた後、電界を除去し、光吸収性基板に依存した色調を表示した。
光吸収性基板に依存した色調表示において、表示操作の1時間後、大塚電子社製Photal MCPD−1000を用いて45度照射−垂直受光により、表示媒体の反射光を380〜800nmの波長領域で測定し、標準白色板の反射率を100%として、光吸収性基板表示の反射率を算出した。結果を表1に示す。
媒体の電極を介して表示面側に50V(50kHz)の交流電圧を印加して二周波駆動液晶組成物をプレーナ配向させた後、電界を除去し、選択反射光による色調を表示した。
選択反射光に依存した表示において、表示操作の1時間後に、MCPD−1000を用いて45度照射−垂直受光により、表示媒体の反射光を380〜800nmの波長領域で測定し、選択反射光のピーク波長の反射率を求めた。表1にそのピーク波長と選択反射光表示の反射率を示す。また、電気泳動粒子表示の反射率に対する選択反射光表示の反射率の比(コントラスト比)を求めた。
これらの結果から、本発明の表示媒体を用いることにより、視認性に優れメモリ性の高い表示媒体が得られることが明らかとなった。
2 電極
3 垂直配向性液晶配向膜
4 透明基板
5 透明電極
6 垂直配向性液晶配向膜
7 螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶組成物
8 表示組成物
11 保護層
12 印刷層
13 印刷保護層
14 表示面
21 保護層
22 透明な記録部
23 磁気記録部
24 集積回路メモリ
25 第二保護層
26 非表示面
X1〜X7 格子状の透明な記録部の行番号
Y1〜Y7 格子状の透明な記録部の列番号
Claims (15)
- 表示セルとこの表示セルに内包した表示組成物からなる表示媒体において、
前記表示セルが、片側表面に電極とこの電極面上に炭素数8以上の長鎖アルキル基を有する化合物とからなる垂直配向性液晶配向膜を有する光吸収性基板と、片側表面に透明電極とこの電極面上に炭素数8以上の長鎖アルキル基を有する化合物とからなる垂直配向性液晶配向膜を有する透明基板とからなり、前記表示組成物が、0.3〜1.2μmの螺旋ピッチを有する二周波駆動液晶性組成物とゲル化剤からなることを特徴とする表示媒体。 - 前記表示媒体の少なくとも一部分に保護層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の表示媒体。
- 前記表示媒体の少なくとも一部分、及び/又は保護層上の少なくとも一部分に、印刷層を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の表示媒体。
- 前記印刷層上に印刷保護層を設けたことを特徴とする請求項3に記載の表示媒体。
- 情報記録部を設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の表示媒体。
- 前記情報記録部が、磁気の作用により情報記録の書き込みと読み出しが可能な記録部であることを特徴とする請求項5に記載の表示媒体。
- 前記情報記録部が、集積回路メモリ又は光メモリであることを特徴とする請求項5又は6に記載の表示媒体。
- 前記情報記録部が、光の作用により情報記録の読み出しが可能な透明な記録部であることを特徴とする請求項5ないし7のいずれかに記載の表示媒体。
- 前記情報記録部の情報が、表示媒体の表裏を示す情報及び/又は表示媒体の位置を示す情報であることを特徴とする請求項5ないし8のいずれかに記載の表示媒体。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の表示媒体と、当該表示媒体に視認可能な情報を表示させることができる書き込み装置とからなり、表示媒体と書き込み装置とは少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能である表示装置であって、書き込み装置は複数の信号電極と走査電極を装備し、その交差部に画像信号に応じて表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子を有し、それによって表示媒体に画像を表示するように構成されたことを特徴とする表示装置。
- 画像信号に応じて表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子が、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項10に記載の表示装置。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の表示媒体と薄膜トランジスタとが一体となったことを特徴とする可逆表示体。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の表示媒体が、その一部又は全てを占めることを特徴とする可逆表示体。
- 可逆表示体が、可逆表示カード、可逆表示シート、可逆表示ディスプレイ又は可逆表示型看板であることを特徴とする請求項13に記載の可逆表示体。
- 可逆表示カード、可逆表示シート、可逆表示ディスプレイ又は可逆表示型看板が可撓性を有することを特徴とする請求項14に記載の可逆表示体。
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