JP2008009258A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色表現の切り替えを反射率が高い状態で実現することである。
【解決手段】入射面２５と、入射面２５に対向する面に設けられた第１の面２４及び第１の面２４と交わる第２の面２３とを有し、第１の面２４及び第２の面２３は、入射面２５に沿った方向に複数配置され、第１の面２４は、入射面２５を介して入射した光を該光の到来方向とは異なる方向に反射させ、第２の面２３は、第１の面２４において反射した光を受けるプリズム層２１と、第２の面２３に設けられた第１の着色層３４と、第１の面２４との間で光の全反射を生じさせる第１の屈折率を有する第１の媒質３１と、第１の面２４との間で光の透過を生じさせる第２の屈折率を有する第２の媒質３２とが互いに流動自在に含まれる媒質層３０と、第１の媒質３１と第２の媒質３２とを選択的に第１の面２４に接触させる手段４１、４２、４３、４４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射型の表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）は、陰極線管表示装置と比べると、奥行きを薄くすることができ、奥行き方向の場所をとらないという特徴があるため、家庭用表示装置、パーソナルコンピュータ、ノート型のコンピュータ等の表示装置として用いられるようになっている。また、携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置等においても用いられている。

液晶表示装置として、ゲストホスト液晶を用いたものが考えられている。ゲストホスト液晶を用いた表示装置としては、例えば黒色の二色性色素を含む液晶材料をガラス基板を介して積層させた構成のものがある（特許文献１参照）。このゲストホスト液晶を用いた液晶表示装置においては、液晶層を挟む電極が同電位の場合には、液晶材料の分子があらゆる方向を向いていることにより、二色性色素の黒色が表現される。これに対して液晶層を挟む電極間に電圧が印加されると、液晶材料の分子の長軸が液晶層に対して垂直な方向を向くことにより、この液晶層を光が透過して該液晶層の背面側に設けられた散乱板で散乱して白色が表現される。すなわち、ゲストホスト液晶を用いた液晶表示装置では、二色性色素の色と、液晶層の背面側で設定される色とを切り替えて表示することができる。

一方、プリズムアレイ方式と呼ばれる反射型の表示装置が考えられている（特許文献２参照）。この表示装置は、プリズムアレイと空気層との間で全反射を生じさせることにより、この反射面において入射光がそのまま反射光として戻り、反射状態（消色状態）が得られる。これに対して、プリズムアレイに着色物体を密着させると、この着色物体との密着面において、入射光がこの着色物体に吸収され、発色状態が得られる。
特開２０００−２２６５８４号公報 米国特許第５９５９７７７号

この様な反射型ディスプレイの問題点として、ゲストホスト液晶の場合には、透明状態が完全でなく液晶層を透過しての背面側における表示（白色等）が暗くなってしまう問題がある。反射型ディスプレイとしては、最低でも新聞紙並みの５５〜６０％の反射率が望まれているが、ゲストホスト液晶の場合には良いものでも４０％程度である。これに対し、プリズムアレイ方式の場合には、反射率は全反射を利用しているために６０％を超える反射率を得ることが可能である。しかし、問題としては、全反射はすなわち金属の様な鏡面反射であるため、反射状態になった場合には、白色等の色表現ができず、銀色の鏡面反射が見えてしまうことである。

すなわち、ゲストホスト液晶方式では、液晶層を透過状態とした場合の背面側での色（例えば白色）表現が可能であるが液晶層を透過させる分、反射率が低く、これに対して、プリズムアレイ方式では反射率は高いが、消色状態と発色状態との切り替えができるのみであり、異なる色（例えば白色及び黒色）の間の切り替えを行うことが困難であった。

このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、色表現の切り替えを反射率が高い状態で実現することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、表示装置において、入射面と、入射面に対向する面に設けられた第１の面及び第１の面と交わる第２の面とを有し、第１の面及び第２の面は、入射面に沿った方向に複数配置され、第１の面は、入射面を介して入射した光を該光の到来方向とは異なる方向に反射させ、第２の面は、第１の面において反射した光を受けるプリズム層と、第２の面に設けられた第１の着色層と、第１の面との間で光の全反射を生じさせる第１の屈折率を有する第１の媒質と、第１の面との間で光の透過を生じさせる第２の屈折率を有する第２の媒質とが互いに流動自在に含まれる媒質層と、第１の媒質と第２の媒質とを選択的に第１の面に接触させる手段とを備えることである。

また本発明の実施の形態に係る特徴は、表示装置において、入射面と、入射面に対向する面に設けられた第１の面及び第１の面と交わる第２の面とを有し、第１の面及び第２の面は、入射面に沿った方向に複数配置され、第１の面は、入射面を介して入射した光を該光の到来方向とは異なる方向に反射させ、第２の面は、第１の面において反射した光を受けるプリズム層と、第２の面に設けられた第１の着色層と、第１の面に接する液晶層と、液晶層の液晶の配向を変化させる手段とを備えることである。

本発明によれば、色表現の切り替えを反射率が高い状態で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものと異なる。更に、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る画像表示装置１０は、信号線Ｓｉ（「ｉ」は正の整数を示す）及び走査線Ｇｉの交点に対応するように、複数のサブピクセルがマトリクス状に配列された画像表示パネル１０Ａを備える。信号線Ｓｉは、信号線選択回路１０Ｂに接続され、走査線Ｇｉは、走査線選択回路１０Ｃに接続されている。信号線選択回路１０Ｂ及び走査線選択回路１０Ｃは、信号処理回路１０Ｄに接続されており、ここから所定の駆動信号を付与する。

図２及び図３に示すように、画像表示装置１０の画像表示パネル１０Ａは、入射面２５と、入射面２５に対向する面に設けられた第１の面（斜面部２４）及び第１の面（斜面部２４）と交わる第２の面（側面部２３）とを有し、第１の面（斜面部２４）及び第２の面（側面部２３）は、入射面２５に沿った方向に複数配置され、第１の面（斜面部２４）は、入射面２５を介して入射した光を該光の到来方向とは異なる方向に反射させ、第２の面（側面部２３）は、第１の面（斜面部２４）において反射した光を受けるプリズム層（プリズムアレイ２１）と、第２の面（側面部２３）に設けられた第１の着色層３４と、第１の面（斜面部２４）との間で光の全反射を生じさせる第１の屈折率を有する第１の媒質３１と、第１の面（斜面部２４）との間で光の透過を生じさせる第２の屈折率を有する第２の媒質３２とが互いに流動自在に含まれる媒質層３０と、第１の媒質３１と第２の媒質３２とを選択的に第１の面（斜面部２４）に接触させる手段（４１、４２、４３、４４）とを備えている。

図４に示すように、画像表示パネル１０Ａにおいては、屈折率がｎ_０である、多数のプリズム（三角プリズム）２２が形成されたプリズムアレイ２１が使用されている。このプリズム２２の一例としては、プリズムの側面部２３がプリズム２２の並んでいる方向（入射面２５）と垂直であり、プリズム２２の頂角がθとなっている。またプリズム２２の側面（第２の面部）２３は、ある色に着色されており、第１の着色層３４が形成されている。この例では例えば白色に着色されているものとする。第１の着色層３４が形成されている側面部２３を入射面２５に対して垂直な方向に形成することにより、斜面部２４が反射状態となっていない場合（後述）は、入射面２５側から第１の着色層３４の色が見えないようになされている。

このプリズムアレイ２１に対向して、対向基板３５が設けられており対向基板の表面は、第1の着色層３４の色とは異なる色に着色され、第２の着色層３６が形成されている。この例では第２の着色層３６は、黒色に着色されているものとする。このプリズムアレイ２１と対向基板３５の間の間隙は、樹脂微粒子分散溶液が満たされた媒質層３０（図２、図３）が形成されている。

プリズムアレイ２１には、画素毎にプリズム電極４１、４２が設けられており、また、対向基板３５には、プリズム電極４１、４２に対向した対向電極４３、４４が設けられている。プリズム電極４１、４２及び対向電極４３、４４は、ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)等によって作成されている。なお、図２、図３においては、２つの画素１５Ａ、１５Ｂのみを示しているが、画像表示パネル１０Ａにおいては、ｘｙ平面において２次元方向に画素が複数配列されて画像表示面を構成しているものとする。プリズム電極４１、４２には、それぞれスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２が接続されており、これらのスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２は、互いに逆極性の電源２５、２６を選択するようになされている。これにより、スイッチ回路ＳＷ１において電源２５が選択された場合には、プリズム電極４１の電圧値が対向電極４３の電圧値よりも低くなり、これに対して電源２６が選択された場合には、プリズム電極４１の電圧値が対向電極４３の電圧値よりも高くなる。また、スイッチ回路ＳＷ２において電源２５が選択された場合には、プリズム電極４２の電圧値が対向電極４４の電圧値よりも低くなり、これに対して電源２６が選択された場合には、プリズム電極４２の電圧値が対向電極４４の電圧値よりも高くなる。

ここで、媒質層３０である樹脂微粒子分散溶液は、帯電（例えばプラスに帯電）した透明な樹脂微粒子３２が絶縁性溶媒３１中に均一に分散された状態となっている。また樹脂微粒子分散溶液は、絶縁性溶媒３１中に１重量％程度の樹脂微粒子３２と、更に樹脂微粒子３２に対して１０重量％程度の帯電制御剤とを投入し、超音波洗浄器などで充分に分散することで得られる。本実施の形態の例では、絶縁性溶媒３１としてシリコーンオイル、樹脂微粒子３２はアクリル樹脂、帯電制御剤としてナフテン酸ジルコニウムを使用した。

このような媒質層３０を挟むプリズム電極４１、４２と対向電極４３、４４との間に電圧を印加することで樹脂微粒子３２をそれぞれの画素１５Ａ、１５Ｂで個別に制御することができる。すなわち、図２に示す画素１５Ａでは、スイッチ回路ＳＷ１によって電源２６が選択されていることにより、プリズムアレイ２１の電位が高くなり、その結果として樹脂微粒子３２が対向電極４１が設けられた対向基板３５側に移動する。この場合、絶縁性溶媒３１が各プリズム２２の斜面部２４に接触することになる。また、図２に示す画素１５Ｂでは、スイッチ回路ＳＷ２によって電源２５が選択されていることにより、プリズムアレイ２１の電位が低くなり、その結果として樹脂微粒子３２がプリズムアレイ２１側に移動する。この場合、プラスに帯電した樹脂微粒子３２が各プリズム２２の斜面部２４に接触することになる。

スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２の制御は、駆動回路５０（信号処理回路１０Ｄ、信号線選択回路１０Ｂ、走査線選択回路１０Ｃ）により行われる。これにより、駆動回路５０では、表示しようとする画像信号に基づいて、所定の画素に対応したスイッチ回路を選択して制御することにより、該制御されたスイッチ回路に対応した画素の樹脂微粒子３２をプリズムアレイ２１側又は対向基板３５側に移動させる。なお、各画素１５Ａ、１５Ｂを分離するためには、対向電極４３、４４とプリズム電極４１、４２の少なくともどちらか一方は、分離されている必要がある。また、１つの画素内には１個以上のプリズム２２が存在することになるが、プリズム２２の大きさに制限は無いので、１つが２μ程度の場合には１００μ程度の１画素中には一列で５０個ほどのプリズムが並ぶことになる。

ここで、プリズムアレイ２１、絶縁性溶媒３１及び樹脂微粒子３２の屈折率は、それぞれ異なっており、絶縁性溶媒３１がプリズムアレイ２１の斜面部２４に接触した場合には、プリズムアレイ２１に対して入射面２７から入射した光が斜面部２４において全反射し、これに対して、樹脂微粒子３２が斜面部２４に接触した場合には、斜面部２４において透過するようになされている。

すなわち、図５、図６に示すように、屈折率がｎ_０であるプリズム２２から成るプリズムアレイ２１が、屈折率がｎ_１である媒質１３１に接していると、屈折率差によりプリズムアレイ２１と媒質１３１の接する界面では、光の屈折が生ずる。例えば図５に示す様に、プリズムの頂角θが４５°の場合には、プリズムアレイ２１の入射面２７に対して、上方９０°の角度で入ってきた光は、媒質１３１の屈折率がｎ_０／（２^{（１／２）}）よりも小さい場合には全反射を生ずることになる。また、逆に媒質１３１の屈折率がｎ_０／（２^{（１／２）}）よりも大きい場合には透過することになる。図５は、媒質１３１の屈折率がｎ_１であり、ｎ_１がｎ_０／（２^{（１／２）}）よりも小さくプリズム２２と媒質１３１の界面（斜面部２４）で全反射を生じている様子を示している。この様に全反射を生じている場合には、上方から入射した光は水平方向に反射され、プリズム２２の白く塗られた側面部２３を照射する。またこの白く塗られた側面部２３で乱反射された光は、入射時と逆の経路で全反射を生じて垂直上方へと出射されてくる。つまりこの様な状態で上方（入射面２７側）から見ると、プリズムアレイ２１が真っ白く見えることになる。

また図６においては、媒質１３１の屈折率がｎ_２であり、ｎ_２がｎ_０／（２^{（１／２）}）よりも大きくプリズム２２と媒質１３１の界面（斜面部２４）で全反射には至らない状態を示している。この様な場合には、上方から入射した光はプリズム２２と媒質１３１の界面（斜面部２４）で屈折して媒質１３１の層を透過し、対向基板３５の表面の着色層２６に到達する。この着色層３６で乱反射された光は、入射時と逆の経路で垂直上方へと出射されることにより、このような状態を上方（入射面２７側）から見ると、着色層３６に着色された色を見ることができる。本実施の形態の様に表面が黒く着色されている場合には、表面での反射はほとんど生じないので、上方から観測した場合には黒く見えることになる。

つまり本実施の形態の画像表示パネル１０Ａである反射型ディスプレイでは、プリズムアレイ２１と対向基板３５の間を媒質１３１で満たしておき、その媒質１３１とプリズム２２との間の屈折率差を変化させることで、プリズム２２での全反射と透過を制御して、全反射の場合には通常は見えない位置であるプリズム２２の側面部２３に着色された色（第1の着色層３４の色）が見え、透過の場合には対向基板３５に着色された色（第２の着色層３６の色）が見えることで、例えば白黒のディスプレイを構成したものである。この方式の特徴としては、プリズム２２での減衰は若干生じるものの、ほとんど減衰することなくプリズム２２の側面部２３に着色された色を見ることができることである。つまり図５の様にプリズム２２の側面部２３を白く着色した場合には、非常に明るい白を表現することが可能である。従来のゲストホスト液晶などと比較すると、反射率の大きな明るい反射型ディスプレイを実現できる特徴を持っている。

本実施の形態の画像表示パネル１０Ａでは、以上説明した原理に基づいて、画像を表示する。すなわち、駆動回路５０は、各画素１５Ａ、１５Ｂごとに画像データに従って電圧を印加する。例えば図２の画素１５Ａではプリズム電極４１の電位が高くなるように電圧を印加すると、プラスに帯電した樹脂微粒子３２が対向基板４３側に移動して、絶縁性溶媒３１がプリズムアレイ２１側に接触することになる。ここで絶縁性溶媒３１がシリコーンオイルの場合には屈折率が１．３８程度であるので、プリズムアレイ２１屈折率が１．９６程度のガラスであれば全反射状態となり、入射面２７側から見ると白色を表示した状態となる。これに対し、画素１５Ｂではプリズム電極４２の電位が低くなるように電圧を印加している。この場合には、プラスに帯電した樹脂微粒子３２がプリズムアレイ２１側に移動して、プリズムアレイ２１側に接触することになる。ここで樹脂微粒子３２はアクリル樹脂で屈折率が１．５程度であるので、プリズムアレイ２１の屈折率が１．９６程度のガラスの場合には全反射を生じず透過することになり、入射面２７側から見ると対向基板３５表面の黒色が表示された状態となる。樹脂微粒子３２は１００nm以下の直径であり、可視光と比較すると小さいために乱反射などを生ずることがなく、透明に下の黒の着色層３６が見えることになる。

これに対して、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２により、プリズム電極４１、４２の電圧を切り替えると、図３に示すように、画素１５Ａでは、樹脂微粒子３２がプリズムアレイ２１側に移動して、対向基板３５表面の黒色が見えるようになり、画素１５Ｂでは、樹脂微粒子３２が対向基板３５側に移動して絶縁性溶媒３１がプリズムアレイ２１に接触することにより、プリズム２２の側面２３の白色が見えるようになる。

この様に樹脂微粒子分散溶液からなる媒質層３０を使用することにより、プリズムアレイ２１に接触している媒体の屈折率を制御し、着色された２色の間での切り替えを実現できる。

更に上述の説明では、帯電した透明な樹脂微粒子３２と絶縁性溶媒３１の屈折率の差によって反射と透過を切り替える方式について説明したが、帯電した透明な樹脂微粒子３２と空気或いは不活性ガスを絶縁性溶媒の代わりに使用することも可能である。つまり電子写真方式の複写機などの粉体トナーと同様に、帯電した透明樹脂微粒子を電界で空気中を移動させる方式である。樹脂微粒子３２がプリズムアレイ２１に付着すると光は透過するようになり、樹脂微粒子３２がプリズム２２から離れ空気がプリズムアレイ２１に接触すると全反射を生ずるようになる。空気の屈折率は１．０であり最も小さいため、全反射を容易に生じる特徴があり、プリズム２２の材料選定の幅が拡大したり、視野角を大きくすることができる。

なおプリズム電極４１、４２を形成する位置は、図２、図３の例ではプリズム２２の裏側（入射面２７）に設けた例を示した。この場合には１つのプリズム２２の大きさが数μと小さい場合には、この様な電極形成方法でもよい。しかし例えば１つのプリズム２２で１つの画素を形成する様な場合にはプリズムの高さも高くなるため、プリズムの裏側に電極を形成すると電位分布が大きくなってしまう。その様な場合には、プリズム２２を形成してある側にプリズム電極４１、４２を形成する必要がある。

次にプリズムアレイ２１の着色方法の一例について図７乃至図９を用いて説明する。まず図７（Ａ）に示す様に、プリズムアレイ２１の全体に第１の色を着色した塗料３５あるいは接着剤、樹脂などを全面に塗布する。 次に図７（Ｂ）に示す様に、プリズムアレイ２１の並んだ方向の垂直面（側面部２３）に対してプリズム２２の斜面部２４側に少し角度を付けた方向から、樹脂微粒子やセラミクス、ガラスなどの微粒子５５を圧力をかけてぶつけるサンドブラスト方式を使用することで、図７（Ｃ）に示す様に不要部分の塗料を取り去ることができる。なお吹き付けられる微粒子５５は、プリズム表面の塗料よりは硬いがプリズムは傷つけない硬度の材料を選択する必要がある。この様にすることで、図７（Ｃ）に示す様にプリズム２２の垂直面（側面部２３）だけが着色されたプリズムアレイ２１を作製することができる。

図８はプリズムアレイ２１の、他の着色方法について説明した図である。図８（Ａ）に示す様に、プリズムアレイ２１の斜面部２４の角度とほぼ同じ方向から、第1の色をした物質５７を蒸着或いはスパッタすることで、図８（Ｂ）に示す様にプリズム２２の垂直面（側面図２３）だけが白く着色されたプリズムアレイ２１を作製することができる。例えば白色に着色したい場合には、酸化亜鉛などを使用することが可能である。また白にしたい場合には、可視光の波長に近い数１００μｍ程度の粒状にスパッタすることで、光を乱反射させることができるため、金属を使用しても白を表現することも可能である。

なお第１の色を白とする場合には、上述した様な白い物質を塗布する方法もあるが、光を乱反射させるだけでも充分に白く見える。そこで例えば図８（Ａ）に示す方向から、プリズム２２を構成する材料よりも硬い微粒子を吹き付ける、サンドブラスト方式でも白を実現できる。図９に示す様に、プリズム２２の側面部２３が傷つくため、光をここで乱反射させることで白く見えるようにすることができる。

次に図１０乃至図１２を用いて本実施の形態の変形例について説明する。図２、図３に示した実施の形態では、プリズムアレイ２１を構成する個々のプリズム２２の頂角θは、図１０に示す様にほぼ４５度であったが、図１１に示す様に、この頂角θを４５度よりも小さな角度とするように構成してもよい。頂角θが小さくなるほど、プリズム２２の斜面部２４での全反射が生じやすくなる。全反射の生じやすさの一例を、図１２に示す。図１２は縦軸に頂角θ、横軸に全反射を生ずるのに必要な屈折率比をプロットしたものである。プリズム２２の屈折率がｎ_０、全反射を生ずるプリズム２２に接触する媒体の屈折率がｎ_１である。例えば図１２に示す様に、頂角が４５度の場合には、屈折率比は０．７程度必要である。例えば溶媒としてシリコーンオイルを使用する場合を考えると、シリコーンオイルの屈折率を１．３６とすると、全反射を生ずるためにはプリズムの屈折率は１．３６÷０．７＝１．９４となる。この様な高い屈折率になると、樹脂での形成は困難で高屈折率のガラスや特殊な材料でしかプリズムを作ることができなくなってしまう。これに対して頂角２５度の場合には、図１２に示す様に必要な屈折率比は０．９である。従ってこの場合には１．３６÷０．９＝１．５１の屈折率を持つ材料でプリズムを作ることで、全反射を得ることができる。そこで、一般的なアクリル、ポリスチレン、ポリイミドなどの樹脂を使ってもプリズムを作ることが可能となる。つまり、頂角を小さくすることで、プリズムの材料の屈折率ｎ_０、或いはプリズムに接触する材料の屈折率ｎ_１の選択の範囲を広げることができ、材料の選択性の自由度の拡大や、安価なプリズムの作製を実現できる。更に言い換えると、プリズム２２とプリズム２２に接触する媒体との組み合わせが同じであっても、頂角を小さくした場合の方が全反射を得られる入射角の範囲が広がることになり、視野角を大きくすることができる特徴もある。

更に図１３乃至図１６を用いて第1の実施形態の変形例を説明する。この場合、使用するプリズムアレイ１２１は、図１３に示す様に図２に示した個々のプリズム２２を１個おきに背中合わせに配置した構成となっている。つまり４５°の頂角が２個隣り合うことにより頂角が９０°のプリズムと同様の形状になる。ここで全反射で見るための第１色目の色は、このプリズムアレイ１２１の９０°の頂角に形成されたスリット１３４内を着色することで得られる。着色した接着剤や塗料、樹脂溶液などにプリズムアレイ１２１を浸漬させることにより、毛管現象でスリット１３４内へと着色した溶液を充満させることができる。スリット１３４内に充填された着色剤が乾燥した後、余分な部分に付着した着色剤を洗い流すことにより、スリット１３４だけに着色剤が入ったプリズムアレイ１２１を作成することができる。

例えばこのスリット１３４内を白く着色し、対向基板３５の表面３６を黒く着色する。プリズムアレイ１２１に接触する媒体の屈折率をプリズムの屈折率よりも小さくして全反射を行うようにすると、図１４に示す様に全反射によりスリット１３４を充填した白色を観測することができる。プリズムアレイ１２１に接触する媒体の屈折率をプリズムの屈折率に近づけ全反射が生じないようにすると、図１５に示す様にプリズム境界面（斜面部１２４）を光が透過し、対向基板３５の表面３６の黒色を観測することができる。この様に白黒の表示を行うことができる。

図２に示した方式と比較すると、着色層（１３４）を形成する場合に、毛管現象を利用できるため製造が簡単になることがあげられる。更にプリズムに塗布してある第１色目の色が、より鮮やかに表現できる利点がある。白に着色した場合には、より明るい白を得られることが可能である。例えば上方から入ってきた光は図１４に示す様に、プリズム境界面１２４で全反射され水平に進み、スリット１３４内を着色している白色塗料を照射する。白く着色された部分では光が散乱しているが、全反射の角度内に出た光が反射してきて白く見えることになる。着色部の厚さは数μｍ〜数１０μｍくらいなので、ここで乱反射した光は裏側へも射出される。図２のプリズムアレイでは、裏側に抜けた光はそのままロスになるが、図１３のプリズムアレイの場合には、裏側にも背中合わせにプリズムが存在するため、裏側に抜けた光も裏側のプリズムによって外に射出されるようになる。そのため、より明るい白表現を実現することができる様になる。

なお図１６の様にスリット１３４をプリズムアレイ１２１の入射面１２５側から形成する方法を用いることもできる。

以上説明したように、本実施の形態では、多数のプリズム２２が表面に形成されたプリズムアレイ２１に、屈折率が異なった２種類の媒体３１、３２を電気的に制御することで、選択的に接触させるようにしている。プリズム２２の屈折率と媒体３１、３２の屈折率との関係から、全反射を生ずる様な媒体３１を接触させることでプリズム２２の一部に塗られている第１の着色層３４の色を表示する。またプリズム２２の屈折率と媒体の屈折率との関係から、全反射を生じない媒体３２を接触させることで光を透過させ、透過した位置にある第２の着色層３６の色を表示する様にしている。この様な機能を持った反射型ディスプレイを使用することにより、色表現の切り替えを反射率が高い状態で実現することができる。この場合、プリズム２２を構成する材料による減衰以外の光のロスが生じないため、例えば第１の着色層３４の色として白を使用した場合には、明るくコントラストが大きい反射型のディスプレイを提供できるようになる。

（第２の実施の形態）
第1の実施の形態では、プリズムアレイ２１と対向基板３５の間にある、プリズムアレイ２１に接触する媒質の屈折率を変化させることで全反射と透過を切り替え、全反射の場合にはプリズムの側面部２３に塗った第1の着色層３４の色を表示し、透過の場合には透過した時に対向基板３５に塗られている第２の着色層３６の色を表示する方法について説明した。第２の実施の形態では、プリズムアレイ２１と対向基板３５の間にある、プリズムアレイ２１に接触する媒質（絶縁性溶媒３１）の屈折率が低く全反射をする場合にはプリズム２２の側面部２３に塗った第1の着色層３４の色を表示し、また着色した媒質（樹脂微粒子１３２）がプリズム２２に直接接触した場合にはその媒質に着色されている第２の色が表示できる方法について説明する。

図１７は、第２の実施の形態を説明するための図であり、プリズムアレイ２１などの構造は第1の実施の形態と同じであるためその重複した説明は省略する。第1の実施の形態では透明な樹脂微粒子３２と絶縁性溶媒３１からなる樹脂微粒子分散溶液を使用したのであるが、第２の実施の形態では帯電した着色した樹脂微粒子１３２と絶縁性溶媒３１から構成された樹脂微粒子分散溶液（媒質層３０）を使用している点が異なっている。プリズムアレイ２１と対向基板３５の間は、樹脂微粒子分散溶液で満たされており、樹脂微粒子分散溶液は、帯電（例えばプラスに帯電）した例えば黒に着色された樹脂微粒子１３２が絶縁性溶媒３１中に均一に分散された状態となっている。

また樹脂微粒子分散溶液は、絶縁性溶媒３１中に１重量％程度の樹脂微粒子３２と、更に樹脂微粒子３２に対して１０重量％程度の帯電制御剤と顔料色素を投入し、超音波洗浄器などで充分に分散することで得られる。今回の例では絶縁性溶媒３１としてシリコーンオイル、樹脂微粒子３２はアクリル樹脂、帯電制御剤としてナフテン酸ジルコニウムを使用した。

図１７には画素１５Ａと画素１５Ｂの２画素について、図示してある。１画素はそれぞれ対向した対向電極４３（４４）とプリズム電極４１（４２）から形成され、これらの電極間に電圧を印加することで樹脂微粒子１３２をそれぞれの画素で制御することができる。各画素を分離するためには、対向電極４３、４４とプリズム電極４１、４２の少なくともどちらか一方は、分離されている必要がある。また、１つの画素内には１個以上のプリズムが存在することになるが、プリズムの大きさに制限は無いので、１つが２μ程度の場合には１００μ程度の１画素中には一列で５０個ほどのプリズムが並ぶことになる。

この様な状態で各画素１５Ａ、１５Ｂごとに画像データに従って電圧を印加する。例えば図１７の画素１５Ａではプリズム電極４１の電位が高くなるように電圧を印加すると、プラスに帯電した樹脂微粒子１３２が対向基板３５側に移動して、絶縁性溶媒３１がプリズムアレイ２１側に接触することになる。ここで絶縁性溶媒３１がシリコーンオイルの場合には屈折率が１．３８程度であるので、プリズムアレイ２１の屈折率が１．９６程度のガラスであれば全反射状態となり、入射面２７側から見ると白色を表示した状態となる。これに対し、例えば図１７の画素１５Ｂでは、プリズム電極４２の電位が低くなるように電圧を印加している。この場合には、プラスに帯電した樹脂微粒子１３２がプリズムアレイ２１側に移動して、プリズムアレイ２１側に接触することになる。ここで樹脂微粒子１３２はアクリル樹脂で屈折率が１．５程度であるので、プリズムアレイ２１の屈折率が１．９６程度のガラスの場合には全反射を生じず透過することになり、入射面２７側から見ると樹脂微粒子１３２に着色されている黒色が表示された状態となる。また、着色した樹脂微粒子１３２が直接プリズムアレイ２１に接触する場合には、厳密に屈折率が透過の関係にある必要は無い。樹脂表面に付着した顔料が直接プリズム表面に接触するので、樹脂の屈折率が全反射の関係にある場合でも顔料の色を表示することが可能である。この様に着色した樹脂微粒子分散溶液を使用することにより、プリズムの１つの面（側面部２３）に塗られた第1の色と、樹脂微粒子１３２に着色された第２の色を切り替えて表示することが可能である。

更に上述の説明では、帯電した着色樹脂微粒子１３２と絶縁性溶媒３１を用いる方法について説明したが、空気或いは不活性ガスを絶縁性溶媒３１の代わりに使用し、帯電した着色樹脂微粒子１３２と空気或いは不活性ガスとを使用することも可能である。つまり電子写真方式の複写機などの粉体トナーと同様に、帯電した着色樹脂微粒子１３２を電界で空気中を移動させる方式である。樹脂微粒子１３２がプリズムアレイ２１に付着すると樹脂微粒子１３２の色が表示され、樹脂微粒子１３２がプリズム２１から離れ空気がプリズムアレイに接触すると全反射を生ずるようになる。空気の屈折率は１．０であり最も小さいため、全反射を容易に生じる特徴があり、プリズム２１の材料選定の幅が拡大させることや、視野角を大きくすることができる。

本実施の形態においては、プリズム２１の第１の着色層３４の色と、樹脂微粒子３２の色とを切り替えて表示することにより、色表現の切り替えを反射率が高い状態で実現することができる。かくして、明るくコントラストが大きい反射型のディスプレイを提供できるようになる。

（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、プリズムアレイ２１と対向基板３５の間にある、プリズムアレイ２１に接触する媒質を変えることで、屈折率を変化させ全反射と透過を切り替え、全反射の場合にはプリズム２１の一面（側面部２３）に塗った第１の着色層３４の色を表示し、透過の場合には透過した時に対向基板３５に塗られている第２の着色層３６の色を表示する方法について説明した。

第３の実施形態では、プリズムアレイ２１と対向基板３５との間を液晶６１で満たし、液晶６１の方向を変化させることで屈折率を変化させ全反射と透過を切り替え、全反射の場合にはプリズム２１の一面（側面部２３）に塗った第１の着色層３４の色を表示し、透過の場合には透過した時に対向基板３５に塗られている第２の着色層３６の色を表示する方法について説明する。

図１８は第３の実施の形態を説明するための図であり、プリズムアレイ２１などの構造は第１の実施の形態と同じため重複する説明は省略する。第１の実施の形態では透明な樹脂微粒子３２と絶縁性溶媒３１からなる樹脂微粒子分散溶液を使用したのであるが、第３の実施の形態では液晶６１を使用している点が異なっている。プリズムアレイ２１と対向基板３５の間は、液晶６１で満たされており、画素１５Ａと画素１５Ｂの２画素について図示してある。１画素はそれぞれ対向した対向電極４３（４４）とプリズム電極４１（４２）から形成され、これらの電極間に電圧を印加することで液晶の配向を制御することができる。各画素１５Ａ、１５Ｂを分離するためには、対向電極４３、４４とプリズム電極４１、４２の少なくともどちらか一方は、分離されている必要がある。また、１つの画素内には１個以上のプリズムが存在することになるが、プリズムの大きさに制限は無いので、１つが２μｍ程度の場合には１００μｍ程度の１画素中には一列で５０個ほどのプリズムが並ぶことになる。

この様な状態で各画素１５Ａ、１５Ｂごとに画像データに従って電圧を印加する。例えば図１８の画素１５Ａでは電圧が印加されていない状態で、この場合には液晶６１はあらかじめ決められた方向に並んでおり、この実施の形態では対向基板３５と平行な方向に並んでいる。この様な状態では液晶６１の屈折率は１．５程度であり、プリズム２１の屈折率が２．２程度（TiO_２などで作製した場合）あると全反射となり、プリズム２１の１つの面（側面部２３）に塗ってある第１の着色層２３の色を表示することになる。つまり白色を表示した状態となる。これに対し、例えば図１８の画素１５Ｂでは対向電極４４とプリズム電極４２の間に、交流電圧２８が印加されている。この場合には、液晶６１は図のように対向基板３５に垂直に立った状態となる。この場合の液晶６１の屈折率は１．７程度であり、この状態では全反射を生ずることなく透過してしまう。従って透過した光によって、対向基板３５に着色された第２の着色層３６の色である黒を表示することになる。この様に液晶６１を使用することにより、液晶６１の屈折率が長軸方向と短軸方向で変化することを利用して、プリズム２１との間の屈折率差を変化させ、プリズム２１の側面部２３に塗られた第1の着色層３４の色と、対向基板３５の表面に塗られた第２の着色層３６の色を切り替えて表示することが可能である。

本実施の形態においては、液晶６１に対する交流電圧切り替えによって、プリズム２１の第１の着色層３４の色と対向基板３５の第２の着色層３６の色との切り替え表示を行うことにより、色表現の切り替えを反射率が高い状態で実現することができる。かくして、明るくコントラストが大きい反射型のディスプレイを提供できるようになる。

（他の実施の形態）
なお上述の実施の形態の説明では、主として第１の着色層３４の色として白を、また第２の着色層３６の色（又は樹脂微粒子１３２の色）として黒を用いる場合について説明したが、第１の着色層３４の色が黒で第２の着色層３６の色（又は樹脂微粒子１３２の色）が白でもよい。またこの２色に関わらず、どの様な２色の組み合わせであってもよい。なお、カラー画像を記録する場合には、例えば第１の着色層３４の色として白色を塗布し、第２の着色層３６の色の部分をイエロー、マゼンタ、シアンあるいはレッド、グリーン、ブルーの３色に塗り分ける方法などで対応できる。また第１の着色層３４の色として黒色を塗布し、第２の着色層３６の色の部分をイエロー、マゼンタ、シアンあるいはレッド、グリーン、ブルーの３色に塗り分ける方法などで対応することができる。

また上述の実施の形態においては、側面部２３を入射面２５に対して垂直な方向に形成する場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、垂直な方向を中心として、±１０°の範囲で設けるようにしてもよい。この範囲であれば、斜面部２４が反射状態となっていない場合において、側面部２３に設けられた第１の着色層３４の色が入射面２５側から見えることを実用上十分な程度に抑制することができる。

また上述の実施の形態においては、第２の媒質として樹脂粒子３２を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば無機粒子であってもよく、要はプラスに帯電する粒子であればよい。

第１の実施の形態に係る画像表示装置の全体構成を示す平面図である。 図１の画像表示パネルの構成を示す断面図である。 図１の画像表示パネルの構成を示す断面図である。 図２の画像表示パネルのプリズムアレイ及び対向基板の構成を示す斜視図である。 反射状態の原理の説明に供する断面図である。 透過状態の原理の説明に供する断面図である。 第１の着色層の形成方法を示す断面図である。 第１の着色層の他の形成方法を示す断面図である。 第１の着色層の他の形成方法を示す断面図である。 第１の実施の形態によるプリズムアレイの構成を示す断面図である。 プリズムアレイの変形例を示す断面図である。 プリズムの頂角と全反射の条件との関係を示す特性曲線図である。 プリズムアレイの変形例を示す断面図である。 プリズムアレイの変形例を示す断面図である。 プリズムアレイの変形例を示す断面図である。 プリズムアレイの変形例を示す部分的断面図である。 第２の実施の形態に係る画像表示パネル構成を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る画像表示パネル構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 画像表示装置
１０Ａ 画像表示パネル
１５Ａ、１５Ｂ 画素
２１、１２１ プリズムアレイ
２２ プリズム
２３ 側面部
２４、１２４ 斜面部
２５、２６ 電源
２７ 入射面
３０ 媒質層
３１ 絶縁性溶媒
３２、１３２ 樹脂微粒子
３４、１３４ 第１の着色層
３５ 対向基板
３６ 第２の着色層
４１、４２ プリズム電極
４３、４４ 対向電極
６１ 液晶

Claims (13)

1. 入射面と、前記入射面に対向する面に設けられた第１の面及び該第１の面と交わる第２の面とを有し、前記第１の面及び前記第２の面は、前記入射面に沿った方向に複数配置され、前記第１の面は、前記入射面を介して入射した光を該光の到来方向とは異なる方向に反射させ、前記第２の面は、前記第１の面において反射した光を受けるプリズム層と、
   前記第２の面に設けられた第１の着色層と、
   前記第１の面との間で光の全反射を生じさせる第１の屈折率を有する第１の媒質と、前記第１の面との間で光の透過を生じさせる第２の屈折率を有する第２の媒質とが互いに流動自在に含まれる媒質層と、
   前記第１の媒質と前記第２の媒質とを選択的に前記第１の面に接触させる手段と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記第２の面は、前記入射面に対して垂直な方向を中心として±１０°の範囲で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２の媒質は、帯電した媒質であり、
   前記接触させる手段は、前記プリズム層に電位を与えるための電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記第２の媒質は粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の表示装置。
5. 前記第１の媒質は、絶縁性溶媒であり、
   前記第２の媒質は、樹脂粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の表示装置。
6. 前記第１の媒質は、空気または不活性ガスであり、
   前記第１の媒質は、樹脂粒子であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の表示装置。
7. 前記第１の着色層は、白色に着色されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記第２の媒質は、透明な樹脂粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記プリズム層に対して、前記媒質層を介して対向し、前記第１の着色層の色とは異なる色に着色された第２の着色層を備えることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
10. 前記第２の媒質は、前記第１の着色層の色とは異なる色に着色された樹脂粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 入射面と、前記入射面に対向する面に設けられた第１の面及び該第１の面と交わる第２の面とを有し、前記第１の面及び前記第２の面は、前記入射面に沿った方向に複数配置され、前記第１の面は、前記入射面を介して入射した光を該光の到来方向とは異なる方向に反射させ、前記第２の面は、前記第１の面において反射した光を受けるプリズム層と、
    前記第２の面に設けられた第１の着色層と、
    前記第１の面に接する液晶層と、
    前記液晶層の液晶の配向を変化させることにより前記斜面部を反射状態又は透過状態に切り換える手段と、
    を備えることを特徴とする表示装置。
12. 前記第１の着色層は、白色に着色されていることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記プリズム層に対して、前記液晶層を介して対向し、前記第１の着色層の色とは異なる色に着色された第２の着色層を備えることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の表示装置。