CN100426080C - 显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的显示系统包括：能够有选择地呈现光反射状态或光透射状态的调光元件(10)、和用来通过调制透过该调光元件(10)的光和/或由该调光元件(10)反射的光而显示信息的显示元件(20)。调光元件(10)具有多个分别独立地可切换地呈现光反射状态与光透射状态的区域，在显示元件(20)上显示多个类型的信息时，可根据所显示的信息的类型有选择地切换多个区域的各个光反射状态与光透射状态。

Description

显示系统
技术领域
本发明涉及显示系统，特别是，涉及能够以使用透射光的透射模式显示和以使用反射光的反射模式显示的两者的显示系统。
背景技术
近年来，作为移动用的电子设备的显示元件广泛使用反射型的液晶显示元件。反射型的液晶显示元件由于通过反射周围光(外部光)而进行显示，所以在低消耗电力性上优越，非常适合于户外的显示。
但是，便携式电话或PDA(便携式信息终端)由于从户外到室内，或者，从白天到夜间在非常广的范围内使用，所以如果用反射型的液晶显示元件则在周围光弱的状况下无法利用。因此，要求不论周围光的强弱都可以进行显示的显示元件。
作为这种显示元件，在特开平11-316382号公报中，提出了在各像素内作出反射光的区域与使光透射的区域的透射反射两用型(以下简称为‘两用型’)的液晶显示元件。该液晶显示元件由于在反射光的区域中进行使用周围光的反射模式的显示，在使光透射的区域中进行使用来自背光灯的光的透射模式的显示，所以可以不论周围光的强弱而进行显示。因此，目前，这种两用型的液晶显示元件搭载于便携式电话，得到广泛的使用。
但是，在上述特开平11-316382号公报中所提出的以往的两用型液晶显示元件中，由于把各像素分割成光的利用方式不同的两个区域，所以在反射模式的显示中也好在透射模式的显示中也好，无法使一个像素总体对显示作出贡献。因此，比起使一个像素总体对显示作出贡献的以往的反射型的液晶显示元件或透射型的液晶显示元件来显示特性不充分。也就是说，在进行透射模式的显示的情况下，由于使光透射的区域狭窄，开口率小，所以难以充分地确保亮度。此外，由于在进行反射模式的显示时，由于使光反射的区域狭窄，所以难以充分地确保亮度。在反射模式的显示时的光透射区域或透射模式的显示时的光反射区域中液晶层的迟延不能优选化，发生漏光而黑色显示状态的亮度提高，所以还存在着对比度降低这样的问题。
此外，随着近年的互联网的普及，在移动用的电子设备的显示器上所显示的内容也不再仅是简单的文字信息，渐渐成为绘画等静止图像，进而为动画。本申请发明者就所显示的内容的类型与显示模式的关系进行研究的结果，查明在显示文字信息或静止图像的情况下，从辨认性的观点来说醒目的反射模式的显示好处很多，在显示动画的情况下，从重视华丽或亮度的观点来说透射模式的显示好处很多。可是，在以往的两用型液晶显示元件中，即使根据所显示的内容切换反射模式的显示与透射模式的显示，像已述那样其显示特性也不充分。
进而，随着所显示的内容的多样化，虽然预料在显示元件的显示区域内同时显示不同类型的信息(例如动画与文字信息)的情况增多，但是不能在以往的两用型液晶显示元件中，在显示区域的一部分区域中进行透射模式的显示，在其他区域中进行反射模式的显示。
这样一来，目前，以多场景表现充分的显示特性的显示元件、适合于多内容的显示的显示元件尚未开发。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而成的，其主要目的在于提供一种在透射模式的显示和反射模式的显示两方都有良好的显示特性，适合于多场景中的使用和/或多内容的显示的显示系统。
根据本发明的显示系统，备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件、和通过调制透过上述调光元件的光和/或由上述调光元件所反射的光来显示信息的显示元件，其特征在于，上述调光元件，具有多个分别独立地可切换地呈现光反射状态与光透射状态的区域，在上述显示元件上显示多个类型的信息时，可根据上述所显示的信息的类型有选择地切换上述多个区域的各个光反射状态与光透射状态。
在优选实施方式中，上述显示元件把相互不同类型的显示信号供给到通过调制透过上述调光元件的光而进行显示的第一显示区域、和通过调制由上述调光元件所反射的光而进行显示的第二显示区域。
在优选实施方式中，上述显示元件具有多个像素，上述调光元件具有的上述多个区域的各个一一对应于上述多个像素的各个。
在优选实施方式中，上述调光元件是具有包括第一层和第二层的叠层结构，上述第一层的光反射率响应外部激发而发生变化的调光元件，上述第一层含有光学的特性根据特定元素的浓度发生变化的第一材料，上述第二层含有可以含有上述特定元素的第二材料，上述第二材料根据上述外部激发释放或吸收上述特定元素。
在优选实施方式中，上述调光元件是备有光反射率响应外部激发而变化的调光层的调光元件，上述调光层含有光学的特性根据特定元素的浓度而变化的第一材料，上述第一材料是颗粒。
或者，根据本发明的显示系统，备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件、和通过调制入射光而进行显示的显示元件，其特征在于，上述调光元件是备有包括第一层和第二层的叠层结构、上述第一层的光反射率响应外部激发而变化的调光元件，上述第一层含有光学的特性响应特定元素的浓度而发生变化的第一材料，上述第二层含有可以含有上述特定元素的第二材料，上述第二材料根据上述外部激发而释放或吸收上述特定元素。
典型地，上述显示元件通过调制透过上述调光元件的光和/或由上述调光元件所反射的光而进行显示。
在优选实施方式中，前述元素是氢，前述第一材料可以根据氢浓度在光反射状态与光透射状态之间转变。
在优选实施方式中，前述第二层含有储氢材料。
在优选实施方式中，在上述第一层和上述第二层的各个的氢平衡压力一组成等温线(PTC特性曲线)为大致平坦的区域中工作。
在优选实施方式中，在上述PTC特性曲线平坦的区域中，上述第一层和上述第二层的氢平衡压力大致相等。
在优选实施方式中，上述第二层中的PTC特性曲线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围，包含上述第一层中的PTC特性曲线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围。
在优选实施方式中，上述第二材料通过电子的授受，进行上述特定元素的释放或吸收。
在优选实施方式中，上述第二材料通过光的照射，进行上述特定元素的释放或吸收。
在优选实施方式中，前述第二层含有具有光催化性的材料。
在优选实施方式中，备有形成用来使上述特定元素的离子从上述第二材料向上述第一材料、或者从上述第一材料向上述第二材料移动的电场的一对导电层。
在优选实施方式中，前述第一和第二层位于前述一对导电层之间。
在优选实施方式中，前述第一层具有导电性，作为前述一对导电层的一方发挥功能。
在优选实施方式中，前述第二层具有导电性，作为前述一对导电层的一方发挥功能。
在优选实施方式中，前述第二层具有透光性。
在优选实施方式中，前述第一层和第二层的至少一方具有多层结构。
或者，根据本发明的显示系统，备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件、和通过调制入射光而进行显示的显示元件，其特征在于，上述调光元件是备有光反射率响应外部激发而发生变化的调光层的调光元件，上述调光层是含有光学的特性根据特定元素的浓度而发生变化的第一材料，上述第一材料是颗粒。
典型地，上述显示元件通过调制透过上述调光元件的光和/或由上述调光元件所反射的光而进行显示。
在优选实施方式中，上述第一材料可以根据上述特定元素的浓度在光反射状态与光透射状态之间转变。
在优选实施方式中，上述第一材料在上述光反射状态时，上述调光层使光漫反射。
在优选实施方式中，上述颗粒的直径为350nm以上，而且为上述调光层的厚度以下。
在优选实施方式中，前述特定元素是氢。
在优选实施方式中，还备有包括可含有上述特定元素的第二材料的变换层，上述第二材料根据上述外部激发而释放或吸收上述特定元素。
在优选实施方式中，前述特定元素是氢，前述变换层含有储氢材料。
在优选实施方式中，在上述调光层和上述变换层的各个的氢平衡压力一组成等温线(PTC特性曲线)为大致平坦的区域中工作。
在优选实施方式中，在上述PTC特性曲线为大致平坦的区域中，上述调光层和上述变换层的氢平衡压力大致相等。
在优选实施方式中，上述变换层中的PTC特性曲线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围，包含上述调光层中的PTC特性曲线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围。
在优选实施方式中，前述第二材料通过电子的授受，进行前述特定元素的释放或吸收。
在优选实施方式中，前述第二材料通过电化学反应，进行前述特定元素的释放或吸收。
在优选实施方式中，备有形成用来使上述特定元素的离子从上述第二材料向上述第一材料、或者从上述第一材料向上述第二材料移动的电场的一对导电层。
在优选实施方式中，前述调光层和前述变换层位于前述一对导电层之间。
在优选实施方式中，前述调光层具有导电性，作为前述一对导电层的一方发挥功能。
在优选实施方式中，前述变换层具有导电性，作为前述一对导电层的一方发挥功能。
在优选实施方式中，前述变换层具有透光性。
在优选实施方式中，前述调光层和变换层的至少一方具有多层结构。
在优选实施方式中，前述显示元件是包括一对基板、和设在前述一对基板间的液晶层的液晶显示元件。
在优选实施方式中，还备有配置于相对上述显示元件与观察者相反一侧的照明装置。
在优选实施方式中，前述调光元件配置于前述显示元件与前述照明装置之间。
在优选实施方式中，前述调光元件配置于前述显示元件的内部。
在优选实施方式中，前述显示元件含有第一滤色镜。
在优选实施方式中，前述调光元件含有第二滤色镜。
在优选实施方式中，上述显示元件含有第一滤色镜，上述调光元件含有第二滤色镜，上述第二滤色镜相对上述第一层配置于与观察者相反一侧。
在优选实施方式中，上述显示元件含有第一滤色镜，上述调光元件含有第二滤色镜，上述第二滤色镜相对上述调光层配置于与观察者相反一侧。
附图说明
图1是示意地表示根据本发明的显示系统的剖视图。
图2是示意地表示根据内容的类型切换显示模式的情形的图。
图3是表示切换显示模式的情形的示意图。
图4是表示切换显示模式的情形的示意图。
图5是示意地表示调光元件的构成的剖视图。
图6(a)、(b)和(c)是表示图5中所示的调光元件的工作原理的图。
图7是示意地表示调光元件的剖视图。
图8是表示调光层和变换层的氢平衡压力-组成等温线(PTC特性曲线)的曲线图。
图9是表示另一种调光元件的的工作的图。
图10是示意地表示另一种调光元件的剖视图。
图11是示意地表示另一种调光元件的剖视图。
图12是示意地表示另一种调光元件的剖视图。
图13是示意地表示另一种调光元件的剖视图。
图14是表示根据本发明的显示系统的第一实施方式的剖视图。
图15是表示根据本发明的显示系统的第二实施方式的剖视图。
图16是表示根据本发明的显示系统的第三实施方式的剖视图。
图17是表示根据本发明的显示系统的第三实施方式的剖视图。
图18是表示根据本发明的显示系统的第三实施方式的剖视图。
图19是表示根据本发明的显示系统的第四实施方式的剖视图。
图20是示意地表示包含调光颗粒的调光元件的构成的剖视图。
图21是示意地表示包含调光颗粒的调光元件的剖视图。
图22(a)和(b)是示意地表示包含调光颗粒的另一种调光元件的剖视图。
图23是示意地表示包含调光颗粒的另一种调光元件的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。再者，本发明不限于以下的实施方式。
首先，参照图1，说明根据本发明的显示系统100的基本的构成。
显示系统100备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件10、和通过调制入射光而进行显示的显示元件20。显示系统100还备有配置于显示元件20的背面侧(与观察者相反一侧)的背光灯(照明装置)。
调光元件10是可以切换地呈现反射光的状态与透过光的状态的元件，配置于显示元件20与背光灯30之间。本实施方式中的调光元件10，如图1中所示，备有包含调光层1和变换层2的叠层结构，调光层1的光反射率响应于电气激发而变化。该调光元件10，还备有夹着调光层1和变换层2的一对电极3a和3b。调光元件10的更具体的构成和工作原理下文述及。
显示元件20可以调制从其前面侧入射的光与从背面侧入射的光双方，通过调制透过调光元件10的光和/或由调光元件10所反射的光而显示信息。显示元件20，例如，是包括一对基板、和设在这些基板间的液晶层的液晶显示元件，通过把电压施加于设在一对基板的液晶层的表面上的透明电极来控制液晶层的取向状态，借此进行透过液晶层的光的调制。再者，作为显示元件20不限定于液晶显示元件，只要是可以调制从前面侧和背面侧入射的光的显示元件，任何显示元件均可。
如图1的左侧中所示，如果使调光元件10为光透射状态，使背光灯30点亮(成为接通状态)，则来自照明装置30的光透过调光元件10而入射至显示元件20，所以通过在显示元件20中调制该入射光，显示系统100可以进行透射模式的显示。
与此相反，如图1的右侧中所示，如果使调光元件10成为光反射状态，则从前面侧入射至显示元件20的光在通过显示元件20后被调光元件10反射，再次通过显示元件20，所以在该过程中通过调制光，显示系统100可以进行反射模式的显示。此时，可以同步于调光元件10向光反射状态的切换而使背光灯30熄灭(成为切断状态)，也可以照原样点亮(照原样接通状态)。由于即使背光灯30照原样点亮，来自照明装置30的光也被调光元件10所反射，所以基本不入射至显示元件20。
这样一来，显示系统100可以切换地进行反射模式的显示与透射模式的显示，把显示元件20作为反射型的显示元件也好作为透射型的显示元件也好都可以发挥功能。由于具有显示元件20的多个像素的各个没有必要分割成反射光的区域与使光透射的区域，所以在显示系统100中，在反射模式的显示中也好在透射模式的显示中也好都可以使一个像素总体对显示作出贡献。因而，比起专利文献1中所公开的以往的透射反射两用型的液晶显示装置来，可以实现反射模式和透射模式两方中都明亮、对比度高的显示。因此，根据本发明的显示系统100，可以在种种状况下也就是多场景地合适地使用。
调光元件10优选是包括多个分别独立地、可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的区域(称为‘调光区域’)，在显示元件20中显示多个类型的信息时，优选是可以根据这些信息的类型有选择地切换各调光区域的光反射状态与光透射状态。通过具有这种构成，在显示元件10中显示不同类型的内容的情况下，如图2中所示，由于可以根据内容的类型而以优选的辨认性模式进行显示，所以可以把显示系统100很好地用于多内容的显示。再者，虽然在图2中，举例示出在显示文字信息的区域里进行反射模式的显示，在显示动画信息或静止画面信息的区域里进行透射模式的显示的情况，但是内容与显示模式的对应关系不限于此。例如，从醒目的观点来说，也可以在显示静止画面信息的区域里进行反射模式的显示。
本实施方式中的调光元件10的情况，例如，通过把夹着调光层1和变换层2的电极3a、3b图形化成规定的形状，从而使电气激发分别独立地给予调光层1的多个部位成为可能，可以设置多个调光区域。
调光区域的数量或大小、配置等根据显示系统100的用途而适当确定就可以了。
例如，如图3中所示，把调光元件10比较粗略地分割后，对调光区域10r的大小，也可以与在显示区域20r上所显示的内容的大小(所显示的区域的大小)一致。
此外，如图4中所示，也可以把调光元件10分割成与显示元件20的像素大致相等程度的大小后，与在显示区域20r上所显示的内容的大小一致，任意地切换各调光区域10r的光透射状态与光反射状态。
在图4中，在以与显示元件20的像素间距大致同一间距条带状地图形化的电极3a和3b的交点上规定调光区域10r，各调光区域10r一一对应于显示元件20的各像素。首先，在显示信号变换控制器21中把将要显示的内容信息变换成显示用的信号，接着，在把信号送到驱动显示元件20的显示元件驱动电路(显示元件驱动器)22之际，还把同步的信号送入驱动调光元件10的调光元件驱动电路(调光元件驱动器)12，借此可以根据在显示元件20中所显示的内容的类型有选择地切换调光元件10的各调光区域的光反射状态与光透射状态。
再者，在显示文字信息或静止画面信息的情况下，虽然从辨认性的观点来说醒目的反射模式的显示好处很多，在显示动画信息的情况下，从重视华丽或亮度的观点来说透射模式的显示好处很多，但是由于因观察者而存在着辨认性不同或关于影像的嗜好不同，所以优选是可以手动地切换显示模式。
(调光元件)
下面，虽然说明本实施方式中的调光元件10的构成和工作原理，但是在此之前，说明作为以往调光镜所提出的技术。
通过钇(Y)或镧(La)等金属薄膜与氢结合，变成可以透过可见光的氢化物的现象由美国专利第5635729号说明书和Huibert等(《自然》，1996年3月、第380卷，第231～234页)报告。因为该现象是可逆的，故通过调节环境气氛中的氢压力，使薄膜在金属光泽状态与透明状态之间变化是可能的。
如果可以使上述薄膜的光学特性变化，切换表现出金属光泽的状态与透明状态，则可以实现可以自由地调节光的反射率/透射率的调光镜。如果例如作为建筑物或汽车的窗玻璃使用调光镜，则可以根据需要遮挡(反射)或透过太阳光。
这种调光镜，例如，具有在钇薄膜之上形成钯层的结构。钯具有防止钇薄膜的表面氧化的功能、和高效地把环境气氛中的氢分子变成氢原子，供给到钇的功能。如果钇与氢原子化合，则形成YH2或YH3。YH2是金属，YH3是半导体，因为其禁带宽度大于可见光的能量，故是透明的。
此外，即使在室温下
Figure C20048000698400181
的状态变化也迅速地产生(几秒左右)，故根据环境气氛中的氢含量在反射(金属光泽)状态与透明状态之间进行切换是可能的。
作为能够像这样金属光泽
Figure C20048000698400182
透明的转变的其他材料，例如，Mg2Ni薄膜已在应用物理学会讲演会2001春31-a-ZS-14中公开。
如果用上述以往技术，则虽然可以使薄膜的光学上的状态变化，但是用这些中记载的构成难以把调光元件实用化。一方面，必须把薄膜向氢环境气氛暴露。具体地说，控制与薄膜接触的环境气氛气体中的氢量(氢分压)成为必要。因此，用上述以往的构成难以把调光元件实用化。
下面，说明本实施方式中的调光元件10。
首先，参照图5说明调光元件10的基本的构成。调光元件10，如图5中所示，备有包含调光层M1和变换层M2的叠层结构，调光层M1的光反射率根据外部激发而变化。
调光层M1含有光学的特性根据特定元素的浓度而发生变化的调光材料。调光材料的优选例子是前述的Y、La、Mg2Ni合金，Y、La、Mg2Ni合金等材料根据氢浓度而进行金属-半导体(或绝缘体)状态间的转变。
变换层M2含有可以含有氢或特定元素的材料(在本说明书中称为‘变换材料’)。变换材料根据电荷(电子或空穴)的注入/释放或光照射等外部激发，释放或吸收上述特定元素(例如氢)。
下面，说明通过电荷的注入/释放，氢离子从变换层M2向调光层M1，或者从调光层M1向变换层M2移动的机理。该机理的特征点在于不由电化学反应，而以电荷的移动为媒介使改变调光层M1的光学的特性的特定元素(氢)的离子移动这一点。
首先，参照图5。图5中所示的调光层M1和变换层M2都具有吸收/释放氢的能力，并且具有可以使电荷(电子或空穴)和离子移动的导电性。
接下来，参照图6(a)。图6(a)示出图5的结构中包含的调光层M1和变换层M2的初始状态。在该初始状态下，在实质上不储藏氢的调光层M1、与预先储藏氢的变换层M2之间形成平衡状态。因为在调光层M1中不存在足够浓度的氢，故调光层M1为金属状态，表现出金属光泽。
接着，如图6(b)中所示，赋予调光层M1一侧以负电位，并且赋予变换层M2一侧以正电位。此时，电子从负的电极(未画出)注入到调光层M1，调光层M1成为富电子状态。另一方面，空穴注入到变换层M2(电子被抽出)。注入到变换层M2的空穴，在变换层M2的内部向调光层M1移动。如果在这种空穴的移动过程中，空穴进一步继续注入到变换层M2，则变换层M2成为富空穴状态。因此，在变换层M2中，成为容易释放氢离子的状态，另一方面，在调光层M1中，从变换层M2接受氢离子，保持量增加。
因此，在调光层M1与变换层M2之间成立的氢的平衡状态崩溃，成为调光层M1容易更多地保持氢的状态，从变换层M2释放的氢离子移动至调光层M1。这样一来，如图6(c)中所示，新的平衡状态形成。在该状态下，移动到调光层M1的氢与调光材料结合，调光层M1成为透明。
如果描述以上的反应，则成为M1+M2(H)→M1(H)+M2。这里，M1(H)和M2(H)分别表示氢保持于调光层M1的状态，和氢保持于变换层M2的状态。
从以上的说明可以明白，仅在调光层M1与变换层M2之间进行氢离子的授受，不产生关于其他离子的反应。此外，因为如果在图6(c)的状态下施加电压的极性翻转，则反方向地进行反应，故恢复到图6(a)中所示的原来的平衡状态。
如果像这样用本发明，则因为通过电荷(电子或空穴)的移动改变氢的平衡状态，借此可以驱动氢，故没有必要使除了氢离子以外的其他离子参与反应。因此，比起多种离子参与的电化学反应来响应速度加快。此外，因为不发生电化学反应，故在正极侧氢气发生的可能性也降低，作为电子元件的稳定的动作成为可能。
下面，说明调光元件10的更具体的构成。
图7中所示的调光元件10，备有含有调光层1和变换层2的叠层结构，调光层1的光反射率(光学的特性)根据电气激发而变化。该调光元件备有夹着调光层1和变换层2的一对电极3a、3b、和支撑叠层结构的基板4。虽然在一对电极3a、3b上，可以从外部施加适当的电压，但是单纯使电极3a与电极3b短路也是可能的。
再者，变换层2和调光层1对基板4的叠层顺序，不限定于所图示者，也可以在靠近基板4侧配置变换层2，在其上形成调光层1。
本实施方式中的调光层1含有光学的特性根据氢浓度而变化的调光材料(例如钇)。调光层1的总体或一部分可以由一层或多层调光材料来形成，或者，也可以是调光材料的颗粒以分散或连接的状态存在于由其他材料组成的膜中。
变换层2含有可以含有氢的变换材料。该变换材料通过在与电极3a之间进行电子的授受，可以进行氢离子(H+)的释放/吸收。
在图示的例子中，如果赋予电极3a以正的电位，赋予电极3b以负的电位，则氢离子从预先含有足够量的氢的变换层2的调光材料释放。所释放的氢离子在叠层结构中所形成的电场中移动，到达调光层1后，掺杂于调光材料。这种氢的释放和移动的机理如前所述。调光层1中的调光材料，通过与氢结合，形成金属氢化物。结果，当初为金属状态的调光材料，变成透过可见光的半导体或绝缘体。
调光层1可以用蒸镀法、溅射法等来制作。在使调光层1作为表现出金属光泽的反射镜发挥功能的情况下，优选是由尽可能平坦的膜形成调光层1。
变换层2中所含有的变换材料在定常状态下可以储藏保存氢的原子或离子，根据外部激发，使氢储藏量(保持量)变化。作为这种可以储藏氢的材料，可以用LaNi5、MnNi5、CaNi5、TiMn1.5、ZrMn1.5、ZrMn2、TiNi、TiFe、Mg2Ni等合金。此外，也可以用碳纳米管(CNT)。
变换层2除了储氢材料外也可以含有导电性材料。如果变换层2中含有导电性材料，则可以迅速地进行在与调光层1之间的氢离子的授受。作为导电性材料，可以用液体或固体电解质那样可以进行离子传导的材料，传导电荷(电子或空穴)的导电性高分子或电荷移动配位化合物。此外，变换层2中，除了上述储氢材料或导电性材料以外还可以另外根据需要加入粘接剂树脂等结合材料。再者，也可以为了可靠地抑制从一方的电极所注入的电荷照原样移动到另一方的电极，在调光层与变换层之间插入隔离层。作为隔离层的材料优选是选择虽然离子的移动是可能的但是电荷的移动不容易发生的材料。例如，可以用离子交换体、多孔质绝缘物、离子导电性高分子材料等。如果配置由这种材料组成的隔离层，则因为可以可靠地防止从电极所注入的电荷穿透到对置的电极，故可以提高调光层与变换层之间处的电荷的移动效率。
在变换层2由多个材料的混合物来形成的情况下，如果准备使这些材料溶解于溶剂的液体，通过旋转涂层法或印刷法进行涂布，则可以小心地形成变换层2。这种变换层2的形成也可以用喷墨法或其他薄膜沉积技术来进行。
像以上说明的这样，如果用本实施方式，则通过把电压施加于电极3a、3b，在变换层2的内部进行电荷和离子的授受，结果通过前述机理，在变换层2与调光层1之间可以引起氢的移动。因此，例如，用在初始状态下氢未掺杂的调光层1、和预先储藏氢的变换层2，如果施加图5中所示的电压，则氢离子从正极侧移动到负极侧，掺杂于调光层1。也就是说，在正极侧进行氢释放反应，在负极侧进行氢与金属的结合反应，形成金属氢化物。与此相反，如果施加反方向的电压，则因为反方向地产生氢的移动，故通过交替施加电压的极性，可以把调光层1的光学上的状态在金属光泽-透明之间可逆地切换。
如果仅考虑储藏于变换层2的氢的移动，则也可以在叠层结构的外部使电极3a与电极3b短路。这种短路是与二次电池中的放电同样的现象，可以使叠层结构的内部状态恢复到初始状态。
因为变换层2与调光层1具有保持氢的能力，故未进行电压的施加时(开放外部的电路时)，不发生氢的移动，调光层1的光学上的状态被保持(调光层的记忆功能)。因此，如果选择氢保持能力优秀的材料，则不消耗电力而可以长时间保持调光状态。
与上述例子相反，也可以用预先掺杂氢的调光层1、与不储藏氢的状态的变换层2。在该情况下，通过对调光层1赋予正电位，对变换层2赋予负电位，使氢从调光层1移动到变换层2，借此也可以改变调光材料的光学上的状态。
在本实施方式中，因为可以由氢的掺杂量抑制调光材料的光反射率/光透射率，故通过调节施加于电极的电压或施加时间(占空比等)，可以控制调光层1的光反射率/光透射率。如果利用基于氢保持能力的记忆性，则保持适当的光反射率/光透射率也是容易的。
在适当地控制这种氢的储藏/释放之际，有必要注目于氢平衡压力-组成等温线(以下称为‘PTC特性曲线’)。PTC特性曲线，如图8中所示，表示氢的储藏量与氢平衡压力的关系。在图8的曲线图中，横轴表示氢储藏量，纵轴表示氢平衡压力。
在PTC特性曲线对横轴大致平行的部分(以下称为‘平坦区域’)中，因为在一定的平衡压力内氢的储藏量可以变化，故在使氢平衡压力一定的状态下可以可逆地进行氢的吸收/释放。因此，本实施方式的调光元件，在PTC特性曲线的平坦区域里进行切换工作。
优选是变换层2和调光层1表现出大致同样的PTC特性。更具体地说，如图8中所示，优选是变换层2和调光层1的PTC特性曲线中的平坦区域的‘氢储藏量’的范围重合，而且，‘氢平衡压力’的水平大致相等。通过表现出相等的氢平衡压力，在调光层1和变换层2之间可以平滑地进行氢的授受。这是因为如果在调光层1和变换层2之间，氢平衡压力差变大，则在各自的层中产生氢的吸收释放，在两层之间无法进行氢的授受的缘故。
此外，更优选是变换层2中的PTC特性曲线的平坦区域的氢储藏量范围(宽度)具有包括调光层1中的PTC特性曲线的平坦区域的氢储藏量范围(宽度)的大小。这是因为在本实施方式的调光元件中，因为靠调光层1的氢掺杂量控制调光层1的光透射率，故如果变换层2中的氢储藏量的变化的幅度小于调光层1的状态变化所需要的氢掺杂量的变化的幅度，则不能充分地改变调光层1的光学上的状态的缘故。
再次，参照图7。由于图7中所示的调光元件10在金属反射状态与透明状态之间进行切换，所以优选是作为元件总体透明度高。为要形成透明度高的状态，不仅基板4和电极3a、3b，有必要由可见光区的整个范围内透射率高的(没有吸收)材料来形成变换层2。但是，储氢材料等变换材料往往是金属或着色了的材料，有时由这类变换材料的层很难形成透明性高的变换层2。因此，优选是通过把变换材料的微颗粒与透明的材料混合而形成变换层2。具体地说，可以由变换材料形成具有光的波长以下的粒径的纳米颗粒，用透明性优秀的粘接剂树脂结合该纳米颗粒。像这样制作的变换层2不仅可以发挥透明性和氢储藏能力两个方面，而且因为通过变换材料纳米颗粒化，其表面积增加，所以还可以期待氢的吸收释放效率也提高。如果变换材料的氢的吸收释放效率提高，则由于调光工作的响应速度提高所以是优选的。作为超微颗粒状态的变换材料，也可以用碳类材料(CNT、富勒烯等)或钾-石墨层间化合物等。
为了进行调光层1与变换层2之间的电荷或离子的授受，优选是在调光层1与变换层2之间配置导电性高分子材料P1(可以输送电子、空穴两种电荷的材料)的膜。也可以配置电解质膜代替配置具有电荷移动性的高分子膜。如果配置电解质膜，则由于氢离子的移动经由电解质容易产生，所以提高特性也是可能的。导电性高分子材料P1因为掺杂了用来赋予导电性的离子，故还兼有作为电解质膜的功能。可以用混合导电性高分子材料P1、和作为粘接剂树脂的丙烯酸类树脂中折射率与玻璃大致相等者的混合物。
再者，调光元件不限定于上述者，种种的改变是可能的。下面，参照图9～图13说明其他调光元件10A～10D。
图9和图10中所示的调光元件10A在金属漫反射(白)状态与光透射状态之间进行切换是可能的。
调光元件10A，如图10中所示，具有在有凹凸的基板4上依次叠层电极3b、变换层2、调光层1、和电极3a的结构。为了进行漫反射，在调光层1的表面上存在着微细的凸部和/或凹部。
参照图9说明图10的调光元件10A的动作。
在图9中，为了简化，省略了电极3a、3b的描述。因为在调光层1的表面上存在着微细的凸部，故如图9的左侧中所示调光层1处于金属反射状态时，可以使光漫反射。另一方面，如图9中的右侧中所示调光层1处于透明状态时，位于下层的变换层2吸收光。
在图9中所示的例子中，因为基板的表面有微细的凸部，故变换层2和调光层1的总体的平坦性具有反映基板的凹凸的形状。换句话说，不仅调光层1的上面(光反射侧的面)，而且底面也具有反映基底的凹凸的形状。但是，因为作为基底的变换层2没有必要具有凹凸结构，故也可以平坦地形成基板表面和变换层2，然后仅在调光层1的上面形成微细的凹部和/或凸部。
这样一来，如果用调光元件10A，则调光层1处于金属反射状态时，因为反射光散射而作为白色被辨认，故调光层1的表面可见白色。
调光元件10A除了用表面上形成凹凸的基板4外，可以具有与调光元件10同样的构成。例如，作为变换层2可以很好地使用混合作为储氢材料的钾-石墨层间化合物、导电性高分子材料P1(可以输送电子、空穴两种电荷的材料)、以及作为粘接剂树脂的丙烯酸类树脂者。
接下来，参照图11说明另一种调光元件10B。
在调光元件10B中，如图11中所示，调光层1本身兼作电极的一方。调光层1由于基本上是金属薄膜所以可作为电极发挥功能。因为通过调光层1兼作电极，形成电极的工序可以省略一个，故可以减少调光元件的制造工序数。
再者，虽然图11的调光元件10B是透明-金属反射型调光元件，但是即使是上述其他类型的调光元件，也可以用调光层1兼作电极。
接下来，参照图12说明另一种调光元件10C。
调光元件10C具有变换层分离成第一变换层2a与第二变换层2b的多层的构成。本实施方式的调光元件中，因为通过把氢等特定元素掺杂于调光层1而改变调光层1的状态，故如果采用由两个变换层2a、2b夹着调光层1的构成，则高效的掺杂成为可能，调光所需的状态变化的速度提高。因为调光层1可以作为电极发挥功能，故在图12的例子中，把调光层1用作电极。
虽然在图12的例子中，进行氢的吸收释放的部分具有第一变换层2a、调光层1和第二变换层2b的三层结构，但是进一步多层化也是可能的。如果调光层1为单层，则即使在调光的程度不充分的情况下，通过增加调光层1的层数，充分加大调光的程度也是可能的。
接下来，参照图13说明另一种调光元件10D。
调光元件10D中，因为进行变换层2的功能分离，故变换层2被赋予多层结构。如前所述，变换层2的功能是储藏氢，此外，根据电荷的注入/释放而释放/再储藏氢。与由一种材料实行这些功能相比，针对功能选择不同的材料，把由各自的材料组成的层重叠起来更容易。也就是说，通过把变换层分离成由用来进行电荷或离子的授受的电荷输送材料或电解质材料来形成的第一变换层2a、和由具有氢储藏的功能的材料来形成的第二变换层2b，由此可以进行高效率的氢移动。
这里，把混合导电性高分子材料P1(可以输送电子、空穴的材料)与折射率与玻璃大致相等的丙烯酸类树脂而形成的电荷·离子交换层用作第一变换层2a。此外，用把作为AB5型Mm氢储藏合金的Ni合金的超微颗粒(分散中心半径10nm)与折射率与玻璃大致相等的丙烯酸类树脂混合的混合树脂，可以作为第二变换层2b发挥作用。
下面，说明根据本发明的显示系统的具体的实施方式。
(第一实施方式)
参照图14说明根据本发明的显示系统的第一实施方式。本实施方式中的显示系统100，如图14中所示，备有液晶显示元件20、配置于液晶显示元件20的背面侧(与观察者相反一侧)的背光灯(照明装置)30、以及配置于液晶显示元件20与背光灯30之间的调光元件10。典型地，一对偏振板40a、40b夹着液晶显示元件20和调光元件10地设置。
液晶显示元件20备有一对基板21和22、和设置于它们之间的液晶层23。在一对基板21和22的液晶层23侧的表面上，设有用来把电压施加于液晶层23的电极24、25、和使液晶层23的液晶分子取向的取向膜26、27，背面侧的基板21是针对每个像素备有作为开关元件的薄膜晶体管28的有源矩阵基板。
液晶显示元件20具有与一般的透射型的液晶显示元件大致同样的构成，可以大致同样地制作。但是，由于在背面侧配置调光元件10，所以从光的透射性的确保和视差的降低的观点来说，优选是背面侧的基板21尽可能薄。在本实施方式中，作为背面侧的基板21用玻璃基板，在把液晶显示元件20牢固地封固于其外周后，放入玻璃腐蚀剂，借此使基板21的厚度为0.2mm。
本实施方式中的调光元件10备有包含调光层1和变换层2的叠层结构，调光层1的光反射率(光学的特性)根据电气激发而变化。该调光元件10还备有夹着调光层1和变换层2的一对电极3a、3b、和支撑叠层结构的基板4。这里，像以下这样制作调光元件10。
首先，作为基板4准备玻璃基板，在其表面上通过溅射法形成由ITO组成的厚度150nm的透明导电膜。再者，作为基板4也可以用塑料基板。接着，通过把该透明导电膜以与液晶显示元件20的像素间距大致同一间距图形化成条带状而形成电极3b。
接着，使用混合AB5型Mm氢储藏合金的Ni合金的超微颗粒(分散中心半径10nm)、导电性高分子材料P1(可以输送电子、空穴两种电荷的材料)以及作为粘接剂树脂的乙烯类树脂中折射率与玻璃大致相等者的混合物，在电极3b上形成变换层2。由于该混合树脂可以溶液化，所以用旋转涂层法使厚度成为500nm左右地形成变换层2。再者，就氢储藏合金而言使用预先储藏了氢的合金。
接着，在变换层2上通过蒸镀钇(Y)，形成厚度50nm的调光层1。然后，在调光层1上通过溅射法形成由ITO组成的透明导电膜，通过把该透明导电膜以与液晶显示元件20的像素间距大致同一间距图形化成与电极3b正交的条带状而形成电极3a。针对条带状的电极3a与电极3b的交点规定调光区域，各调光区域对应于液晶显示元件20的各像素。
把像这样所制作的调光元件10与液晶显示元件20相互重合以便调光区域与像素重合，用偏振板40a、40b夹着它们，进而，在调光元件10的背面侧配置背光灯30，借此可以得到显示系统100A。再者，作为背光灯30，可以用一般的透射型的液晶显示装置中所用的照明装置。
显示系统100A可以通过电压施加来切换调光元件10的光透射状态与光反射状态，可以使液晶显示元件20作为反射型的液晶显示元件也好作为透射型的液晶显示元件也好发挥功能。因此，可以根据周围光的强度选择优选的显示模式。进而，在显示系统100A中，由于通过调光元件10的开关进行显示模式的切换，所以液晶显示元件20具有的多个像素的各个没有必要分割成反射光的区域与使光透过的区域，在反射模式的显示中也好在透射模式的显示中也好，都可以把一个像素的总体贡献于显示。因此，比起以往的透射反射两用型的液晶显示装置来，反射模式和透射模式两方都明亮，可以实现对比度高的显示。因而，显示系统100A可以在种种状况下也就是多场景地合适地使用。
此外，在本实施方式中，由于电极3a、3b图形化成规定的形状，调光元件10具有分别独立的、可以切换地表现出光反射状态与光透射状态的多个调光区域，所以在液晶显示元件20上显示多个类型的信息时，根据这些信息的类型有选择地切换各调光区域的光反射状态与光透射状态是可能的。因此，显示系统100A适合于多场景的显示。
再者，根据所用的显示元件，有时在反射模式的显示和透射模式的显示中，需要不同的控制。因此，显示元件优选是可以把相互不同类型的显示信号供给到通过调制透过调光元件10的光进行显示的显示区域、和通过调制由调光元件10所反射的光进行显示的显示区域。
例如，在液晶显示元件20的情况下，在反射模式中光两次通过液晶层23，与此相反，在透射模式中光仅一次通过液晶层23。因此，在以反射模式进行显示的像素与以透射模式进行显示的像素中，即使是在发出同一灰度等级的情况下，定时范围不同，将要供给到像素的电气信号也不同。一般来说，可以认为反射模式一方可以以小的控制幅度加大光的特性变化。
因而，准备反射模式用和透射模式用两种输入到控制液晶显示元件20的驱动器的信号，根据调光元件10的各调光区域的开关，把反射模式用的显示信号与透射模式用的显示信号有选择地供给到液晶显示元件20的各像素，借此可以在液晶显示元件20的各像素中进行显示模式上优选的显示，可以进行辨认性更高的显示。
(第二实施方式)
参照图15说明根据本发明的显示系统的第二实施方式。
本实施方式中的显示系统100B，在调光元件10设置于液晶显示元件20的内部这一点上，与图14中所示的显示系统100A不同。
在显示系统100B中，如图15中所示，调光元件10作入液晶显示元件20内。更具体地说，在制作背面侧的有源矩阵基板之际，通过引入制作调光元件10的工序，在基板21上设置调光元件10。
例如，在基板21上形成TFT28后，把调光元件10作入各像素。调光元件10可以与第一实施方式同样地制作。制作调光元件10后，覆盖TFT28或调光元件10地形成平坦化膜(外套层)29，接着，通过经由通孔29a电气上连接在该平坦化膜29上所形成的像素电极24与TFT28而完成有源矩阵基板。然后，与一般的液晶显示元件的制造工序同样，贴合有源矩阵基板与对置基板，通过注入成为液晶层23的液晶材料，完成调光元件10设置于内部的液晶显示元件20。
本实施方式中的显示系统100B也可以通过切换调光元件10的光反射状态与光透射状态来进行反射模式与透射模式两方的显示，所以与图14中所示的显示系统100A同样，很好地用于多场景的使用和多内容的显示。
如果用本实施方式，则进而由于调光元件10设置于液晶显示元件20的内部，所以作为显示系统总体可以谋求薄型化、轻量化。此外，由于通过将调光元件10设置于液晶显示元件20的内部，可以降低相差，所以可以更加提高显示品位。在图15中所示的例子中，由于在调光元件10与液晶显示元件20之间没有插入基板21，所以可以降低其分视差。
(第三实施方式)
参照图16、图17和图18说明根据本发明的显示系统的第三实施方式。
本实施方式中的显示系统100C、100D、100E，全都备有滤色镜，可以进行彩色显示。作为显示系统100C、100D、100E的调光元件10或液晶显示元件20，可以用与图14、图15中所示的显示系统100A、100B同样的元件。
在图16中所示的显示系统100C中，液晶显示元件20含有滤色镜50。具体地说，滤色镜50在前面侧的基板22的液晶层23侧的表面上形成。
与此相反，在图17中所示的显示系统100D中，调光元件10含有滤色镜50，具体地说，滤色镜50在前面侧的电极3a上形成。
另外，如图18所示的显示系统100E中，液晶显示元件20和调光元件10两者含有滤色镜50，具体地说，滤色镜50在液晶显示元件20的前面侧的基板21上、和在调光元件10的前面侧的电极3a上形成。
虽然上述显示系统100C、100D和100E各自的滤色镜的配置互不相同，但是全都可以进行彩色显示。图18中所示的显示系统100E，由于调光元件10与液晶显示元件20两方都备有滤色镜50，所以滤色镜引起的着色效果加大，可以进行色纯度高的显示。
(第四实施方式)
参照图19说明根据本发明的显示系统的第四实施方式。
本实施方式中的显示系统100F的液晶显示元件20和调光元件10两方都包含滤色镜。但是，与图18中所示的显示系统100E中在前面侧的电极3a上形成滤色镜50不同，在本实施方式中，调光元件10的变换层2′还作为滤色镜发挥功能，作为该滤色镜发挥功能的变换层2′相对调光层1配置于与观察者相反一侧。
还作为滤色镜发挥功能的变换层2′，例如可以通过在第一实施方式中所述的透明的变换层之中，混入RGB各自的着色颜料而形成。由于RGB各自的着色颜料所混入的变换层材料可以溶液化，所以可以用喷墨法，根据像素图形而形成变换层2′。当然，不限定于喷墨法，也可以用丝网印刷法或滚筒印刷法来形成。
如果用本实施方式，则滤色镜50设在液晶显示元件20中，另一方面，调光层1的背面侧的变换层2′也作为滤色镜发挥功能。因此，如图19中所示，光在以透射模式进行显示之际两次通过(滤色镜50与变换层2′各一次)滤色镜，在以反射模式进行显示之际也两次通过(两次通过滤色镜50)滤色镜。也就是说，在反射模式与透射模式中光通过滤色镜的次数相同。因此，在反射模式的显示与透射模式的显示中可以使色调接近，可以更加提高显示品位。
与此相反，在图16、图17、图18中所示的显示系统100C、100D、100E中在反射模式与透射模式中光通过滤色镜的次数不同，光通过滤色镜的次数在反射模式中成为透射模式的两倍。因此，如果把滤色镜的颜色在透射模式中设定色调成为优选的，则在反射模式中显示变暗。此外，相反，如果把滤色镜的颜色在反射模式中设定成色调为优选的，则在透射模式中颜色变淡。
在显示系统100F中，在反射模式的显示时光仅通过液晶显示元件20的滤色镜两次。因此，通过调节滤色镜50的颜色可以使反射模式下的色调优选。此外，在透射模式的显示时光各一次通过液晶显示元件20的滤色镜50与调光元件10的滤色镜(变换层2′)。因此，在反射模式中把滤色镜50设定为优选的，然后通过调节变换层2′的颜色，也可以使透射模式下的色调优选。
(其他调光元件)
虽然在上述说明中，举例示出作为调光层备有含有调光材料的薄膜的调光元件，但是也可以用调光材料颗粒化后的调光元件。
参照图20说明该类型的调光元件的基本的构成。该调光元件，如图20中所示，备有包含调光层M1和变换层M2的叠层结构，调光层M1的光反射率响应外部激发而变化。
调光层M1含有光学的特性根据特定元素的浓度而发生变化的调光材料的颗粒m1(以下有时称为‘调光颗粒’)。调光材料的优选的例子是前述的Y、La、Mg2Ni合金，Y、La、Mg2Ni合金等材料根据氢浓度而进行金属-半导体(或绝缘体)状态间的转变。调光层M1含有例如粘接剂树脂，上述调光颗粒m1分散于粘接剂树脂。此外，调光层M1含有用来从变换层M2运送氢离子或氢的电解质性的材料(导电性高分子等)。
变换层M2含有可以含有氢等特定元素的变换材料。变换材料根据电荷(电子或空穴)的注入/释放或光照射等外部激发，释放或吸收上述特定元素(例如氢)。
该调光元件也是通过与图5中所示的调光元件同一机理，可以切换反射状态与透明状态。但是，由于调光层M1含有调光颗粒m1，所以虽然在各个调光颗粒m1处于金属状态时，镜面反射光，但是反射方向是随机的，作为调光层M1总体使光漫反射。借此，可以得到白色的反射光。
通过把调光材料颗粒化可以得到以下的好处。比起把由调光材料组成的薄膜用作调光层的情况来，可以加大调光材料的表面积。因而，调光材料与氢的反应效率提高，更高速的切换成为可能。此外，由于可以更可靠地控制调光层中所含有的调光材料的状态，所以可以扩大调光层的漫反射状态与透明状态的反射率之差。因此，如果在显示系统中用该调光元件，则可以得到更可靠的显示。进而，在该调光元件中，由于入射至调光层的光被漫反射，所以特别有利于向显示系统的运用。
为了调光颗粒m1反射光，优选是各调光颗粒m1具有大于可见光波长的粒径。因而，调光颗粒m1的粒径优选是350nm以上。更优选是800nm以上。如果是800nm以上，则由于可以更可靠地防止可见光透过调光颗粒m1，所以可以提高调光层M1的光的反射率。另一方面，调光颗粒m1的粒径优选是小于调光层M1的厚度。如果粒径大于调光层M1的厚度，则无法得到上述这种把调光材料颗粒化的好处。更好是，调光颗粒m1的粒径为30μm以下。还要好是，粒径为3μm以下。如果调光材料的粒径取为例如1μm，则调光层M1的厚度优选是3μm左右。
具有图20的结构的调光元件，如图6(a)～(c)中所示，虽然利用通过电荷的注入/释放而使氢离子在调光层M1与变换层M2之间移动的机理，但是也可以采用与此不同的机理。例如可以利用通过电化学反应，氢离子在变换层M2与调光层M1之间移动的机理。在该情况下，可以把调光层M1中所含有的粘接剂树脂用作固体电解质，也可以进而在调光层M1与变换层M2之间设置固体电解质的层。该情况下变换层M2中所含有的变换材料没有必要一定是储藏、释放氢的材料，也可以是对应于在调光材料中产生氢离子反应的那种产生相反离子的反应者。
或者，也可以不备有变换层M2。在该情况下，也可以利用氢离子根据环境气氛的氢压力而在调光层M1与环境气氛之间移动的机理。或者，也可以是调光层M1还含有变换材料，在调光层M1内部，使氢离子在调光颗粒m1与变换材料之间移动。
即使在任意利用哪种机理的情况下，调光层M1的光学的特性，根据氢离子的浓度而如图20中所示地变化。
再者，在上述当中，优选是利用通过电荷的注入/释放而使氢离子移动的机理。在通过电荷(电子或空穴)的移动而使氢的平衡状态变化并借此驱动氢的情况下，没有必要使除了氢离子以外的其他离子参与反应。因此，比起利用多种离子参与的电化学反应的机理的情况来，存在着响应速度高这样的优点。此外，因为不产生电化学反应，故在正极侧发生氢气的可能性也降低，作为电子元件的稳定的工作成为可能。
下面，说明含有调光颗粒m1的调光元件的更具体的构成。
图21中所示的调光元件10E备有包含调光层1和变换层2的叠层结构。该叠层结构与图20中所示的结构实质上是相同的。调光层1的光反射率(光学的特性)响应于电气激发而变化。该调光元件10E备有夹着调光层1和变换层2的一对电极3a、3b、和支撑叠层结构的基板4。虽然可以从外部把适当的电压施加于一对电极3a、3b，但是，适当时，单纯地使电极3a、3b短路也是可能的。
再者，变换层2和调光层1对基板4的叠层顺序，不限定于所图示者，也可以在靠近基板4侧配置变换层2，在其上形成调光层1。
在调光层10E中，用光学的特性根据氢浓度而变化的调光材料所形成的微颗粒(例如钇、镧，以下称为‘调光微颗粒’)分散于粘接剂树脂。
变换层2含有可以含有氢的变换材料。该变换材料通过在与电极3a之间进行电子的授受，可以进行氢离子(H+)的释放/吸收。
在图示的例子中，如果在电极3a上赋予正的电位，在电极3b上赋予负的电位，则氢离子从预先含有足够量的氢的变换层2的变换材料被释放。所释放出的氢离子在叠层结构中所形成的电场中移动，到达调光层1后，掺杂于调光微颗粒。这种氢的释放和移动的机理，正如前所述。调光微颗粒的调光材料，通过与氢结合而形成金属氢化物。结果，当初处于金属状态的调光微颗粒变成透射可见光的半导体或绝缘体。
调光层1中所含有的调光微颗粒的平均粒径为例如1μm。调光微颗粒典型地分散于粘接剂树脂。作为粘接剂树脂，用例如具有与玻璃大致相等的折射率的丙烯酸类树脂。此外，调光层1进而含有用来在调光微颗粒与变换层2之间进行氢离子和电荷的授受的导电性材料。作为导电性材料，可以用向液体或固体电解质那样可以进行离子传导的材料，传导电荷(电子或空穴)的导电性高分子材料(例如P2)或电荷移动配位化合物。
调光层1可以通过使上述调光微颗粒分散于粘接剂树脂的溶液，进而准备使导电性材料溶解的涂布溶液后，通过例如旋转涂层法把涂布溶液涂布于电极3b上而形成。调光层的厚度为例如3μm左右。也可以用喷墨法及其他薄膜沉积技术进行调光层1的形成。调光层1的光入射侧面可以为平坦的，也可以为有凹凸的。有凹凸的调光层1，例如用有凹凸的基板4或电极3b，通过在有凹凸的基底之上涂布上述涂布溶液而形成。
优选的调光层1的厚度，为1.5μm以上50μm以下。如果不足1.5μm，则无法得到具有高的反射率的调光层1，调光层1中所用的调光微颗粒的粒径没有限制。另一方面，如果超过50μm，则存在着调光层1的导电性降低的可能性。
变换层2中所含有的变换材料在定常状态下可以储藏保存氢的原子或离子，根据外部激发，使氢储藏量(保持量)变化。作为这种可以储藏氢的材料，可以用LaNi5、MnNi5、CaNi5、TiMn1.5、ZrMn1.5、ZrMn2、TiNi、TiFe、Mg2Ni等合金。此外，也可以用碳纳米管(CNT)。
变换层2除了储氢材料外也可以含有导电性材料。如果变换层2中含有导电性材料，则可以迅速地进行在与调光层1之间的氢离子的授受。作为导电性材料，可以用液体或固体电解质那样可以进行离子传导的材料，传导电荷(电子或空穴)的导电性高分子或电荷移动配位化合物。此外，变换层2中，除了上述储氢材料或导电性材料以外还可以另外根据需要加入粘接剂树脂等结合材料。再者，也可以为了可靠地抑制从一方的电极所注入的电荷照原样移动到另一方的电极，在调光层与变换层之间插入隔离层。作为隔离层的材料优选是选择虽然离子的移动是可能的但是电荷的移动不容易发生的材料。例如，可以用离子交换体、多孔质绝缘物、离子导电性高分子材料等。如果配置由这种材料组成的隔离层，则因为可以可靠地防止从电极所注入的电荷穿透到对置的电极，故可以提高调光层与变换层之间处的电荷的移动效率。
在变换层2由多个材料的混合物来形成的情况下，如果准备使这些材料溶解于溶剂的液体，通过旋转涂层法或印刷法进行涂布，则可以小心地形成变换层2。这种变换层2的形成也可以用喷墨法或其他薄膜沉积技术来进行。
像以上说明的这样，在调光元件10E中，通过把电压施加于电极3a、3b，在变换层2的内部进行电荷和离子的授受，结果通过前述机理，在变换层2与调光微颗粒之间可以引起氢的移动。因此，例如，用在初始状态下氢未掺杂的调光层1，和预先储藏氢的变换层2，如果施加图20中所示的电压，则氢离子从正极侧移动到负极侧，掺杂于调光微颗粒。也就是说，在正极侧进行氢释放反应，在负极侧进行氢与金属的结合反应，形成金属氢化物。与此相反，如果施加反方向的电压，则因为反方向地产生氢的移动，故通过交替施加电压的极性，可以把调光层1的光学上的状态在金属光泽-透明之间可逆地切换。
如果仅考虑储藏于变换层2的氢的移动，则也可以在叠层结构的外部使电极3a与电极3b短路。这种短路是与二次电池中的放电同样的现象，可以使叠层结构的内部状态恢复到初始状态。
因为变换层2与调光层1具有保持氢的能力，故未进行电压的施加时(开放外部的电路时)，不发生氢的移动，调光层1的光学上的状态被保持(调光层的记忆功能)。因此，如果选择氢保持能力优秀的材料，则不消耗电力而可以长时间保持调光状态。
与上述例子相反，也可以用预先掺杂氢的调光层1、与不储藏氢的状态的变换层2。在该情况下，通过对调光层1赋予正电位，对变换层2赋予负电位，使氢从调光层1移动到变换层2，借此也可以改变调光层1中的调光材料的光学上的状态。
在调光元件10E中，因为可以由氢的掺杂量抑制调光微颗粒的光反射率/光透射率，故通过调节施加于电极的电压或施加时间(空占比等)，可以控制调光层1的光反射率/光透射率。如果利用基于氢保持能力的记忆性，则保持适当的光反射率/光透射率也是容易的。
在适当地控制这种氢的储藏/释放之际，像就图7中所示的调光元件10参照图8进行说明那样，有必要注目于氢平衡压力-组成等温线(‘PTC特性曲线’)。
就调光元件10E而言也是，优选是在PTC特性曲线的平坦区域里进行切换工作。此外，优选是变换层2和调光层1表现出大致同样的PTC特性。更具体地说，如图8中所示，优选是变换层2和调光层1的PTC特性曲线中的平坦区域的‘氢储藏量’的范围重合，而且，‘氢平衡压力’的水平大致相等。此外，更好是变换层2中的PTC特性曲线的平坦区域的氢储藏量范围(宽度)具有包括调光层1中的PTC特性曲线的平坦区域的氢储藏量范围(宽度)的大小。
再次，参照图21。由于图21中所示的调光元件10E在金属反射状态与透明状态之间进行切换，所以优选是作为元件总体透明度高。为要形成透明度高的状态，不仅基板4和电极3a、3b，有必要由可见光区的整个范围内透射率高的(没有吸收)材料来形成变换层2。但是，储氢材料等变换材料往往是金属或着色了的材料，有时由这类变换材料的层很难形成透明性高的变换层2。因此，优选是通过把变换材料的微颗粒与透明的材料混合而形成变换层。具体地说，可以由变换材料形成具有光的波长以下的粒径的纳米颗粒，用透明性优秀的粘接剂树脂结合该纳米颗粒。像这样制作的变换层2不仅可以发挥透明性和氢储藏能力两个方面，而且因为通过变换材料纳米颗粒化，其表面积增加，还可以期待氢的吸收释放效率也提高。如果变换材料的氢的吸收释放效率提高，则调光工作的响应速度也提高，所以是优选的。作为超微颗粒状态的变换材料，也可以用碳类材料(CNT、富勒烯等)或钾-石墨层间化合物等。
为了进行调光层1与变换层2之间的电荷或离子的授受，优选是在调光层1与变换层2之间配置导电性高分子材料P1的膜。也可以除了具有电荷移动性的高分子膜外，配置电解质膜。如果配置了这种膜，则由于氢离子的移动经由电解质容易产生，所以可提高特性。
下面，参照图22和图23，说明包含调光颗粒的类型的其他调光元件10F、10G、10H。
图22(a)中所示的调光元件10F具有把变换层分离成第一变换层2a与第二变换层2b的多层的构成。在至此说明的调光元件中，因为通过把氢等特定元素掺杂于调光层1而改变调光层1的状态，故如果采用以两个变换层2a、2b夹着调光层1的构成，则高效的掺杂成为可能，调光所需的状态变化的速度提高。因为调光层1作为电极发挥功能，故在图22(a)的例子中，把调光层1用作电极。
虽然在图22(a)的调光元件中，进行氢的吸收释放的部分具有第一变换层2a、调光层1、和第二变换层2b的三层结构，但是进一步多层化也是可能的。如果调光层1为单层，则即使在调光的程度不充分的情况下，通过增加调光层1的层数，充分地加大调光的程度也是可能的。
在因为调光层1的导电性低而无法用作电极的情况下，也可以像图22(b)中所示的调光元件10G那样，把调光层分离成第一调光层1a与第二调光层1b两层，在这些调光层之间插入电极3c。在图22(b)的调光元件10G中也是，可以把调光层1进一步多层化。
图22(a)和(b)的任何一种调光元件都是通过依次叠层各层而可以容易地制作。再者，调光层、变换层、电极和基板除了叠层数不同以外，具有与图21中所示的调光元件10E同样的构成。
在图23中所示的调光元件10H中，因为进行变换层2的功能分离，故对变换层2赋予多层结构。如前所述，变换层2的功能是储藏氢，此外，根据电荷的注入/释放而释放/再储藏氢。与由一种材料实行这些功能相比，针对功能选择不同的材料，把由各自的材料组成的层重叠更容易。也就是说，通过把变换层分离成由用来进行电荷或离子的授受的电荷输送材料或电解质材料来形成的第一变换层2a、和由具有氢储藏的功能的材料来形成的第一变换层2a，可以进行高效率的氢移动。
这里，把混合导电性高分子材料P1(可以输送电子、空穴的材料)与折射率与玻璃大致相等的丙烯酸类树脂而形成的电荷·离子交换层用作第一变换层2a。此外，将作为AB5型Mm氢储藏合金的Ni合金的超微颗粒(分散中心半径10nm)、与折射率与玻璃大致相等的丙烯酸类树脂混合后的混合树脂可以作为第二变换层2b发挥功能。再者，这种变换层的功能分离，也可以运用于图21或图22中所示的任何的调光元件。
再者，作为用于根据本发明的显示系统的调光元件，不限定于这里举出者，只要是可以切换地表现出光反射状态与光透射状态者就可以使用。例如，也可以把备有由胆甾醇液晶材料组成的液晶层的液晶元件，或备有高分子分散型的液晶层的液晶元件用作调光元件。即使在把这种液晶元件用作调光元件的情况下，调光元件也有多个调光区域，而且，通过具有根据显示元件上所显示的信息的类型而可以有选择地切换各调光区域的光反射状态与光透射状态的构成，可以根据内容的类型而以辨认性优选的模式进行显示。因此，可以很好地把显示系统用于多内容的显示。
但是，图示说明的这种可以切换金属反射状态与透射状态的调光元件由于利用金属反射状态所以可以提高光的利用效率(反射率)，此外，由于具有记忆性所以可以降低消耗电力。因此，通过用这种调光元件，可以得到特别适于多场景的使用的显示系统。
与此相反，使用胆甾醇液晶的液晶元件原理上仅能反射入射光的一半(p波与s波的任何一方)，即使在透射状态中也由于反射光存在所以光的利用效率低。此外，使用高分子分散型液晶的液晶元件，由于没有记忆性，所以有必要始终把电压施加于液晶层，在消耗电力这一点上是不利的，分散于高分子的矩阵中的球状的液晶材料由于以基于与矩阵材料的折射率差的全反射条件来反射光，所以无法反射全方向的光。利用金属反射状态的调光元件，由于基本上可以反射来自全方向的光，所以光的利用效率高。
再者，如果把可以镜面反射光的调光元件(例如图7等中所示的)配置于显示元件的前面，则可以使用显示系统作为兼用显示器和镜子的室内用品。
工业实用性
如果用本发明，则在透射模式的显示和反射模式的显示两方都有良好的显示特性，提供适合于多场景中的使用和/或多内容的显示的显示系统。

Claims (52)

1. 一种显示系统，备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件、和通过调制透过所述调光元件的光和/或由所述调光元件所反射的光来显示信息的显示元件，其特征在于，
所述调光元件，具有多个分别独立地可切换地呈现光反射状态与光透射状态的区域，在所述显示元件上显示多个类型的信息时，可根据所述所显示的信息的类型有选择地切换所述多个区域的各个光反射状态与光透射状态，
所述调光元件是备有光反射率响应外部激发而变化的调光层的调光元件，
所述调光层含有光学的特性根据特定元素的浓度而变化的第一材料，所述第一材料是颗粒。
2. 根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示元件把相互不同类型的显示信号供给到通过调制透过所述调光元件的光而进行显示的第一显示区域、和通过调制由所述调光元件所反射的光而进行显示的第二显示区域。
3. 根据权利要求1或2所述的显示系统，其特征在于，
所述显示元件具有多个像素，
所述调光元件具有的所述多个区域的各个一一对应于所述多个像素的各个。
4. 根据权利要求1或2所述的显示系统，其特征在于，
所述调光元件是具有包括第一层和第二层的叠层结构的调光元件，其中所述第一层的光反射率响应外部激发而发生变化，
所述第一层含有光学的特性根据特定元素的浓度发生变化的第一材料，
所述第二层含有可以含有所述特定元素的第二材料，所述第二材料根据所述外部激发释放或吸收所述特定元素。
5. 根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，所述特定元素是氢，所述第一材料可以根据氢浓度而在光反射状态与光透射状态之间转变。
6. 根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，所述第二材料通过电子的授受，进行所述特定元素的释放或吸收。
7. 根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，所述第二材料通过光的照射，进行所述特定元素的释放或吸收。
8. 根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，备有形成用来使所述特定元素的离子从所述第二材料向所述第一材料、或者从所述第一材料向所述第二材料移动的电场的一对导电层。
9. 根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，所述第二层具有透光性。
10. 根据权利要求4所述的显示系统，其特征在于，所述第一层和第二层的至少一方具有多层结构。
11. 一种显示系统，备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件、和通过调制入射光而进行显示的显示元件，其特征在于，
所述调光元件是备有包括第一层和第二层的叠层结构的调光元件，其中所述第一层的光反射率响应外部激发而变化，
所述第一层含有光学的特性响应特定元素的浓度而发生变化的第一材料，
所述第二层含有可以含有所述特定元素的第二材料，所述第二材料根据所述外部激发而释放或吸收所述特定元素，
所述第一材料是颗粒。
12. 根据权利要求11所述的显示系统，其特征在于，
所述显示元件通过调制透过所述调光元件的光和/或由所述调光元件所反射的光而进行显示。
13. 根据权利要求11或12所述的显示系统，其特征在于，所述特定元素是氢，所述第一材料可以根据氢浓度而在光反射状态与光透射状态之间转变。
14. 根据权利要求13所述的显示系统，其特征在于，所述第二层含有储氢材料。
15. 根据权利要求14所述的显示系统，其特征在于，在所述第一层和所述第二层的各个的氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域中工作。
16. 根据权利要求15所述的显示系统，其特征在于，在所述氢平衡压力-组成等温线平坦的区域中，所述第一层和所述第二层的氢平衡压力大致相等。
17. 根据权利要求16所述的显示系统，其特征在于，所述第二层中的氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围，包含所述第一层中的氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围。
18. 根据权利要求11或12所述的显示系统，其特征在于，所述第二材料通过电子的授受，进行所述特定元素的释放或吸收。
19. 根据权利要求11或12所述的显示系统，其特征在于，所述第二材料通过光的照射，进行所述特定元素的释放或吸收。
20. 根据权利要求11或12所述的显示系统，其特征在于，备有形成用来使所述特定元素的离子从所述第二材料向所述第一材料、或者从所述第一材料向所述第二材料移动的电场的一对导电层。
21. 根据权利要求20所述的显示系统，其特征在于，所述第一和第二层位于所述一对导电层之间。
22. 根据权利要求20所述的显示系统，其特征在于，所述第一层具有导电性，作为所述一对导电层的一方发挥功能。
23. 根据权利要求20所述的显示系统，其特征在于，所述第二层具有导电性，作为所述一对导电层的一方发挥功能。
24. 根据权利要求11或12所述的显示系统，其特征在于，所述第二层具有透光性。
25. 根据权利要求11或12所述的显示系统，其特征在于，所述第一层和第二层的至少一方具有多层结构。
26. 一种显示系统，备有可以切换地呈现光反射状态与光透射状态的调光元件、和通过调制入射光而进行显示的显示元件，其特征在于，
所述调光元件是备有光反射率响应外部激发而发生变化的调光层的调光元件，
所述调光层是含有光学的特性根据特定元素的浓度而发生变化的第一材料，所述第一材料是颗粒。
27. 根据权利要求26所述的显示系统，其特征在于，所述显示元件通过调制透过所述调光元件的光和/或由所述调光元件所反射的光而进行显示。
28. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述第一材料可以根据所述特定元素的浓度在光反射状态与光透射状态之间转变。
29. 根据权利要求28所述的显示系统，其特征在于，所述第一材料在所述光反射状态时，所述调光层使光漫反射。
30. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述颗粒的直径为350nm以上，而且为所述调光层的厚度以下。
31. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述特定元素是氢。
32. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，还备有包括可含有所述特定元素的第二材料的变换层，所述第二材料根据所述外部激发而释放或吸收所述特定元素。
33. 根据权利要求32所述的显示系统，其特征在于，所述特定元素是氢，所述变换层含有储氢材料。
34. 根据权利要求33所述的显示系统，其特征在于，在所述调光层和所述变换层的各个的氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域中工作。
35. 根据权利要求34所述的显示系统，其特征在于，在所述氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域中，所述调光层和所述变换层的氢平衡压力大致相等。
36. 根据权利要求35所述的显示系统，其特征在于，所述变换层中的氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围，包含所述调光层中的氢平衡压力-组成等温线为大致平坦的区域的氢储藏量的范围。
37. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述第二材料通过电子的授受，进行所述特定元素的释放或吸收。
38. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述第二材料通过电化学反应，进行所述特定元素的释放或吸收。
39. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，备有形成用来使所述特定元素的离子从所述第二材料向所述第一材料、或者从所述第一材料向所述第二材料移动的电场的一对导电层。
40. 根据权利要求39所述的显示系统，其特征在于，所述调光层和所述变换层位于所述一对导电层之间。
41. 根据权利要求39所述的显示系统，其特征在于，所述调光层具有导电性，作为所述一对导电层的一方发挥功能。
42. 根据权利要求39所述的显示系统，其特征在于，所述变换层具有导电性，作为所述一对导电层的一方发挥功能。
43. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述变换层具有透光性。
44. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述调光层和变换层的至少一方具有多层结构。
45. 根据权利要求1、11、26中任一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示元件是包括一对基板、和设在所述一对基板间的液晶层的液晶显示元件。
46. 根据权利要求1、11、26中任一项所述的显示系统，其特征在于，还备有配置于相对所述显示元件与观察者相反一侧的照明装置。
47. 根据权利要求46所述的显示系统，其特征在于，所述调光元件配置于所述显示元件与所述照明装置之间。
48. 根据权利要求1、11、26中任一项所述的显示系统，其特征在于，所述调光元件配置于所述显示元件的内部。
49. 根据权利要求1、11、26中任一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示元件含有第一滤色镜。
50. 根据权利要求1、11、26中任一项所述的显示系统，其特征在于，所述调光元件含有第二滤色镜。
51. 根据权利要求4或11所述的显示系统，其特征在于，所述显示元件含有第一滤色镜，所述调光元件含有第二滤色镜，所述第二滤色镜相对所述第一层配置于与观察者相反一侧。
52. 根据权利要求1或26所述的显示系统，其特征在于，所述显示元件含有第一滤色镜，所述调光元件含有第二滤色镜，所述第二滤色镜相对所述调光层配置于与观察者相反一侧。
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