JP2012516466A - エレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、エレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置に関するものであり、特に、反射型ディスプレイ装置と、前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられて、電気信号の印加有無によってエレクトロクロミック物質により光を選択的に透過または非透過させるエレクトロクロミックフィルターと、を備えることを特徴とする。本発明は、反射型ディスプレイ装置のカラーフィルターとして、カラーモードと黒白モードを相互に切替可能なエレクトロクロミック素子を使用することから、カラーフィルターを採用しても、黒白画像の具現時に高い反射率と高いコントラスト比が得られるという効果がある。
Description
本発明は電子ペーパーなどの反射型ディスプレイ装置に係り、特に、エレクトロクロミック素子をカラーフィルターとして使用するエレクトロクロミックフィルターを有する反射型ディスプレイ装置に関し、さらに詳しくは、カラーフィルターを採用しても、黒白画像の具現時に高い反射率と高いコントラスト比が得られる反射型ディスプレイ装置に関する。
従来より、液晶表示装置（ＬＣＤ）にとって代わる画像表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サーマル方式、２色粒子回転方式などの技術を用いた反射型ディスプレイ装置が提案されている。中でも、分散粒子と着色溶液とからなる分散液をマイクロカプセル化し、これを相対向する基板の間に配設する電気泳動方式の電子ペーパーが提案されて期待を寄せられている。
また、最近には、上記の分散液を使用することなく、少なくとも一方が透明な２枚の基板の間に色及び帯電特性が異なる２種類以上の粒子を封入して、前記基板の一方または両方に形成した電極からなる電極対から前記粒子へと電界を加え、クーロン力により前記粒子を飛び上がらせて画像を表示する乾式型電子ペーパーが提案されている。
かような乾式型電子ペーパーディスプレイ装置のセル構造を図１に示す。同図に示すように、乾式型電子ペーパーディスプレイ装置は、プラスチック製またはガラス製の上部及び下部基板１６０、１１０と、前記上部及び下部基板１６０、１１０の上に素子駆動用の電圧を加えるために透明電極（ＩＴＯ）から形成された上部及び下部電極１７０、１２０と、セルとセルを画成する隔壁１３０と、前記両電極の間に存在する黒色の正（＋）の帯電粒子１４０、および白色の負（−）の帯電粒子１５０を備える。
この乾式型電子ペーパーディスプレイ装置は、反射型ディスプレイであり、通常、カラーフィルターまたはカラー粒子を用いてカラー画像を表示する。図２および図３はそれぞれ従来のＲＧＢカラーフィルター及びＲＧＢカラー粒子を用いた電子ペーパーディスプレイ装置の構造を示す断面図である。
まず、図２は、従来のＲＧＢカラーフィルターを用いた電子ペーパーディスプレイ装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、カラーフィルターを用いた電気泳動型ディスプレイ装置の基板は、カラーを具現するために、上部基板２２１の上端に形成された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラーフィルター２２０と、ＲＧＢセル２２７を画成して光を遮断する隔壁２２３と、セル２２７に電圧を加えるための透明電極２２４、２２５と、を備える。このような構造により、カラー画像は、隣り合う赤色、緑色、青色のカラーフィルター２２０を透過して出できた光の混色により得られる。
図３は、従来のＲＧＢカラー粒子を用いた電子ペーパーディスプレイの構造を示す断面図である。同図に示すように、この種の電子ペーパーディスプレイ装置は、カラーを具現するために、各セルに含まれている赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のカラー粒子２４０と、ＲＧＢセルを画成して光を遮断する隔壁と、任意の光吸収物質である黒色帯電粒子２３６と、を備える。この種の電気泳動型ディスプレイ装置は、カラーを具現するために、各セルに含まれている赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の電気泳動するカラー粒子２４０を用いてカラーを具現する。すなわち、対向電極に電圧がかかると、カラー粒子が飛び上がるかまたは下降し、これにより、飛び上がったカラー粒子のカラーの光が反射することとなり、このようにして反射された光が混色されてカラーを表示するのである。
このように従来の反射型ディスプレイ装置、あるいは、電子ペーパーの場合、カラーを具現するために、１）カラーフィルターを用いる、あるいは、２）カラーセル構造を作るなどの方法を利用する。しかしながら、前記１）カラーフィルターを用いる場合、既存の工程によりカラーフィルターを製作することができて適用が容易であるものの、前記カラーフィルターにより低い反射率と低いコントラスト比を有してしまう。また、２）カラーセル構造を用いる場合、カラーフィルターを製造する工程が不要であるとはいえ、カラー球またはカラー粒子を製作して各ピクセルに注入することが困難であるため実現し難く、さらに、カラー粒子を採用しても依然として低い反射率と低いコントラスト比が得られるという現実は回避できない。
すなわち、既存のカラー具現方式においては、カラー画面における低い反射率と低いコントラスト比が避けられない。さらに、主に黒白画面を提供する電子ペーパーの場合、カラーフィルターを採用したパネルでの黒白具現は、カラーフィルターを採用しない黒白パネルに比べて極めて低い反射率とコントラスト比を有してしまうなど深刻な問題点がある。
上述した問題を解消するために、本発明は、反射型ディスプレイ装置のカラーフィルターとして、カラーモードと黒白モードを相互に切替可能なエレクトロクロミック素子を用いて、カラーフィルターを採用しても、黒白画像の具現時に高い反射率と高いコントラスト比が得られるエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するための本発明に係るエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置は、反射型ディスプレイ装置と、前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられて、電気信号の印加有無によってエレクトロクロミック物質により光を選択的に透過または非透過させるエレクトロクロミックフィルターと、を備えることを特徴とする。
ここで、前記反射型ディスプレイ装置は、相対向する電極の間に位置する粒子の移動により画像を表示する電子ペーパーであることが好ましく、前記反射型ディスプレイ装置は、下部基板と、前記下部基板に形成された下部電極と、前記下部電極と相対向するように配設された上部電極と、前記下部電極と上部電極との間において画素を分割して多数の画素空間を形成する隔壁と、前記画素空間に封入される多数の粒子と、を備えることが好ましい。
また、前記エレクトロクロミックフィルターは、透明電極及びエレクトロクロミック物質層を有するエレクトロクロミック素子であり、前記エレクトロクロミックフィルターは、前面基板と、前記前面基板に形成された第１電極と、前記第１電極と相対向するように配設された第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に存在するエレクトロクロミック物質と、前記電極の間に詰め込まれた電解質と、を備える。
さらに、前記反射型ディスプレイ装置は多数の画素空間を有しており、前記エレクトロクロミックフィルターは、前記画素空間に応じて異なる色に変色可能なエレクトロクロミック物質をそれぞれ含む多数のエレクトロクロミックフィルターであることが好ましい。
一方、本発明の他の実施の形態は、反射型ディスプレイ装置と、前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられて、電気信号の印加有無によってエレクトロクロミック物質により光を選択的に透過または非透過させるエレクトロクロミックフィルターと、を備え、前記反射型ディスプレイ装置は、下部基板と、前記下部基板に形成された下部電極と、前記下部電極と相対向するように配設された上部電極と、前記下部電極と上部電極との間において画素を分割して多数の画素空間を形成する隔壁と、前記画素空間に封入される多数の粒子と、を備え、前記エレクトロクロミックフィルターは、前面基板と、前記前面基板に形成された第１電極と、前記第１電極と相対向するように配設された第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に存在するエレクトロクロミック物質と、前記電極の間に詰め込まれた電解質と、を備えることを特徴とするエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置であってもよい。
ここで、前記反射型ディスプレイ装置の上部電極の上に前記エレクトロクロミックフィルターの第２電極が積層されて、前記エレクトロクロミックフィルターが前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられ、前記反射型ディスプレイ装置の上部電極と前記エレクトロクロミックフィルターの第２電極との間に絶縁層を備える。
さらに、前記エレクトロクロミックフィルターは、前記画素空間に応じて異なる色に変色可能なエレクトロクロミック物質をそれぞれ含む多数のエレクトロクロミックフィルターである。
その他の実施の形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
以下、図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。本発明は、下記の実施の形態によって一層明らかに理解することができ、下記の実施の形態は本発明の例示を目的とするものではなく、特許請求の範囲によって限定される保護範囲を制限しようとするものではない。
図４は、本発明の好適な実施の形態によるエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、本発明は、反射型ディスプレイ装置１０と、エレクトロクロミックフィルター２０を備えるエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置１である。
この明細書において、前記反射型ディスプレイ装置１０としては、相対向する電極の間に位置する粒子の移動により画像を表示する電気泳動方式の乾式型電子ペーパーが挙げられ、前記エレクトロクロミックフィルター２０とは、電場の印加による電気的な酸化還元反応によりエレクトロクロミック物質が変色されて光透過特性が変わるエレクトロクロミック素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＥＣＤ）が色具現のためのフィルターとして用いられたものをいう。この種のエレクトロクロミックフィルター２０が反射型ディスプレイ装置１０に取り付けられた本発明による反射型ディスプレイ装置は、従来通常のカラーフィルターの代わりにエレクトロクロミック素子を採用している。
電子ペーパーなどの反射型ディスプレイは、外部光のみを用いるため、光の効率を極大化させることが重要であるが、カラーフィルターを用いてカラーを具現する場合、透過率の低下に起因して暗い画面と低いコントラスト比が得られていた。なお、黒白画面の具現時にも、カラーフィルターを採用しない構造に比べて低いコントラスト比を有するため、主に黒白画面を用いる電子書籍においてはカラーを具現することが不利である。
このため、本発明は、カラーの具現が必要とされるカラーモードでのみカラーを具現するように、エレクトロクロミック素子をフィルターとして用いた可変色カラーフィルターを有することを特徴とする。
このために、本発明に係るエレクトロクロミックフィルター２０には、電気信号の印加有無によってエレクトロクロミック物質により光を選択的に透過または非透過させること、及び反射型ディスプレイ装置１０に取り付けられることが求められる。特に、前記反射型ディスプレイ装置１０は、図１に示すように、上部基板がなく、下部基板１２と、前記下部基板に形成された下部電極１１と、前記下部電極と相対向するように配設された上部電極１３と、前記下部電極と上部電極との間において画素を分割して多数の画素空間を形成する隔壁１４と、前記画素空間に封入される多数の粒子１５と、を備えることが好ましい。また、前記エレクトロクロミックフィルター２０は、図１に示すように、背面基板がなく、前面基板２１と、前記前面基板に形成された第１電極２２と、前記第１電極と相対向するように配設された第２電極２３と、前記第１電極と第２電極との間に存在するエレクトロクロミック物質２４と、前記電極の間に詰め込まれた電解質２５と、を備えることがさらに好ましい。
このように、本発明は、前記反射型ディスプレイ装置１０の上部電極１３の上に前記エレクトロクロミックフィルター２０の第２電極２３が積層されて、前記エレクトロクロミックフィルター２０が前記反射型ディスプレイ装置１０に取り付けられるが、これは、従来のエレクトロクロミック素子と電子ペーパーを単に結合しただけでは得られない構成上の困難性を有する。前記エレクトロクロミックフィルター２０の反射型ディスプレイ装置１０への取付方法としては、この技術分野における周知のあらゆる方法が採用可能である。
また、本発明に係るエレクトロクロミックフィルター２０と反射型ディスプレイ装置１０を別々に駆動するために、前記反射型ディスプレイ装置１０の上部電極１３と前記エレクトロクロミックフィルター２０の第２電極２３との間に絶縁層３０がさらに配設されてもよく、前記絶縁層３０は透明材料からなることが好ましい。
加えて、図１には、前記反射型ディスプレイ装置１０の上部電極１３と前記エレクトロクロミックフィルター２０の第２電極２３がそれぞれ異なる電圧を加えるように分離されていると示してあるが、本発明は、前記反射型ディスプレイ装置１０の上部電極１３と前記エレクトロクロミックフィルター２０の第２電極２３とが一体化した一体型電極であってもよい。
図５は、本発明によりカラーフィルターとして用いられるエレクトロクロミック素子の構造を示す斜視図である。同図に示すように、本発明に係るエレクトロクロミックフィルター２０は、透明電極とエレクトロクロミック物質層を有するエレクトロクロミック素子であってもよい。すなわち、本発明に係るエレクトロクロミックフィルター２０は、前面基板２１と、前記前面基板に形成された第１電極２２と、前記前面基板と相対向するように配設された背面基板２６と、前記背面基板面から前記前面基板に向かって形成された第２電極２３と、前記第２電極に形成されたエレクトロクロミック物質２４と、前記電極の間に詰め込まれた電解質２５と、を備える。
ここで、エレクトロクロミック物質２４が電解質２５に分布されている状態のエレクトロクロミック素子の場合には、図１とは異なり、エレクトロクロミック物質２４が電解質２５に分散されている。
この種のエレクトロクロミック素子は、電場が加えられると、電流の流れにより酸化／還元反応が進んでエレクトロクロミック物質２４が変色する原理を用いる素子であり、従来では、一般に、窓戸用スマートウィンドウや自動車用ルームミラー、単なる表示素子などとして用いられた。米国特許第６,６０５,２３９号には、エレクトロクロミック物質を用いた電子ペーパーが記載されている。しかしながら、このようにエレクトロクロミック物質を用いた従来の電子ペーパーは、いずれもエレクトロクロミック物質を画像を表示するためのセル内部粒子として使用したものであり、エレクトロクロミック素子をカラーフィルターとして用いる本発明とは根本的に異なる。
図６及び図７はそれぞれ本発明に係るエレクトロクロミックフィルター２０が透明な状態及び不透明な状態となることを説明するための模式図である。同図を参照すれば、本発明に係るエレクトロクロミックフィルター２０は、前面基板２１と、第１電極２２と、電解質２５と、エレクトロクロミック物質２４と、第２電極２３および背面基板２６がこの順に積層された構造を有し、前記第１電極２２と電解質２５との間には、前記電解質２５に不足するイオンを供給するために酸化チタンなどを有するイオン貯蔵層２９がさらに備えられる。
このため、前記第１電極と第２電極２２、２３に電源が加えられていない状態では可視光線と赤外線のほとんどが透過され、その一部が反射される（図６）。この状態で前記第１電極と第２電極２２、２３に電源が加えられると、前記エレクトロクロミック物質２４が電解質２５によりイオンの状態となり、これは、前記第１電極と第２電極２２、２３に加えられた電圧により特定のカラーを示して印加される可視光と赤外線をほとんど反射させて一部のみを透過させる。
ここで、前記エレクトロクロミック物質２４は、無機エレクトロクロミック物質と有機エレクトロクロミック物質とに大別できる。無機エレクトロクロミック物質の代表例としては、ＷＯ３、ＮｉＯｘＨｙ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３などがあり、有機エレクトロクロミック物質の代表例としては、ビオロゲン、フェノチアジン、ポリアニリンなどがある。前記エレクトロクロミック物質の一つであるＷＯ３の変色過程は、下記の反応式１で表わされる。
［反応式１］
ＷＯ３（透明）＋ｘｅ−＋ｘＭ＋⇔ＭｘＷＯ３（濃い青色）
［反応式１］
ＷＯ３（透明）＋ｘｅ−＋ｘＭ＋⇔ＭｘＷＯ３（濃い青色）
式中、Ｍはリチウムやプロトン、カルシウムなどを示し、リチウムが最も多用される。リチウムイオンはＷＯ３と反応して上記のように青色に変わるエレクトロクロミック効果を有する。このようにリチウムイオンを供給するために前記固体電解質が使用可能である。
また、本発明は、前記エレクトロクロミック物質２４の種類及び置換された官能基の種類によって、様々な色が具現可能なエレクトロクロミック物質２４を使用することができ、これによれば、本発明は、前記反射型ディスプレイ装置１０が多数の画素空間を有しており、前記エレクトロクロミックフィルター２０は、前記画素空間に応じて異なる色に変色可能なエレクトロクロミック物質２４をそれぞれ含む多数のエレクトロクロミックフィルター２０である。
また、前記電解質２５としては、液体電解質と固体高分子電解質が使用可能であり、固体高分子電解質は、固体状態でイオンを伝える物質であり、素子の製作時に液体の漏れなどの問題点がないことから環境にやさしく、薄膜化可能であることから所望の形態に製作可能であるというメリットを有する。液体電解質の代表例としては、１ＭのＬｉＯＨ水溶液、１ＭのＬｉＣｌＯ４水溶液、１ＭのＫＯＨ水溶液があり、無機系水和物としては、Ｔａ２Ｏ５・３.９２Ｈ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ５・４Ｈ２Ｏなどがあり、固体高分子電解質としては、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸）（ＰＡＭＰＳ）、ポリ（ビニルアセテートフタレー）（ＰＶＡＰ）、修飾ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）／ＬｉＣＦ３ＳＯ３などが使用可能である。
図８及び図９は、それぞれ本発明に係る反射型ディスプレイ装置において、エレクトロクロミックフィルターが黒白モード及びカラーモードに切り替わった状態を説明するための断面図である。
本発明は、上述したように、既存の通常のカラーフィルターの代わりに、エレクトロクロミック層を反射型ディスプレイパネル、あるいは電子ペーパーパネルの上部に形成して、黒白画像の具現時にはエレクトロクロミック層を透明にし、カラーが必要な画像ではエレクトロクロミック層を発色させてカラー画像を具現する。
従来のＲＧＢフィルターを用いる場合、反射型において光反射率が大幅に（３０％レベル）低下するという問題があったが、本発明は、エレクトロクロミック素子をカラーフィルターとして用いて黒白モードに切り替えるところに核心がある。本発明は、従来のエレクトロクロミック素子と電気泳動または液体粒子を用いた反射型ディスプレイ素子を一体化させて、これらのうちの一つのみを用いたときに低下するコントラスト比よりも高いコントラスト比を有する色を具現することができる。
すなわち、本発明は、図８及び図９に示すように、エレクトロクロミックフィルター２０により光を選択的に透過または非透過させて、黒白モード（図８）とカラーモード（図９）を相互に切り替えることができるので、カラーを具現しつつも黒白画像の具現時に高い反射率と高いコントラスト比が得られる。
一方、以上では、本発明を特定の好適な実施の形態に関して図示及び説明したが、特許請求の範囲により限定される本発明の技術的特徴や分野から逸脱しない限り、本発明が様々に改造及び変形可能であることは当業界において通常の知識を持った者に明らかである。
以上述べたように、本発明によれば、反射型ディスプレイ装置のカラーフィルターとして、カラーモードと黒白モードを相互に切替可能なエレクトロクロミック素子を用いて、カラーフィルターを採用しても、黒白画像の具現時に高い反射率と高いコントラスト比が得られる効果がある。
すなわち、本発明は、電子ペーパーなどの反射型ディスプレイ装置において、カラーを具現しつつ反射効率を高めるために、既存のフォトレジストタイプ（ＰＲタイプ）のカラーフィルターの代わりに、エレクトロクロミック層をカラーフィルターとして用いることにより、画像によって黒白モードとカラーモードを相互に切替可能な電子ペーパーを提供することができる。
Claims (10)
- 反射型ディスプレイ装置と、
前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられて、電気信号の印加有無によってエレクトロクロミック物質により光を選択的に透過または非透過させるエレクトロクロミックフィルターと、
を備えることを特徴とするエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。 - 前記反射型ディスプレイ装置は、相対向する電極の間に位置する粒子の移動により画像を表示する電子ペーパーであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。
- 前記反射型ディスプレイ装置は、
下部基板と、
前記下部基板に形成された下部電極と、
前記下部電極と相対向するように配設された上部電極と、
前記下部電極と上部電極との間において画素を分割して多数の画素空間を形成する隔壁と、
前記画素空間に封入される多数の粒子と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。 - 前記エレクトロクロミックフィルターは、透明電極及びエレクトロクロミック物質層を有するエレクトロクロミック素子であることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。
- 前記エレクトロクロミックフィルターは、
前面基板と、
前記前面基板に形成された第１電極と、
前記第１電極と相対向するように配設された第２電極と、
前記第１電極と第２電極との間に存在するエレクトロクロミック物質と、
前記電極の間に詰め込まれた電解質と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。 - 前記反射型ディスプレイ装置は多数の画素空間を有しており、前記エレクトロクロミックフィルターは、前記画素空間に応じて異なる色に変色可能なエレクトロクロミック物質をそれぞれ含む多数のエレクトロクロミックフィルターであることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。
- 反射型ディスプレイ装置と、
前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられて、電気信号の印加有無によってエレクトロクロミック物質により光を選択的に透過または非透過させるエレクトロクロミックフィルターと、
を備え、
前記反射型ディスプレイ装置は、下部基板と、前記下部基板に形成された下部電極と、前記下部電極と相対向するように配設された上部電極と、前記下部電極と上部電極との間において画素を分割して多数の画素空間を形成する隔壁と、前記画素空間に封入される多数の粒子と、を備え、
前記エレクトロクロミックフィルターは、前面基板と、前記前面基板に形成された第１電極と、前記第１電極と相対向するように配設された第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に存在するエレクトロクロミック物質と、前記電極の間に詰め込まれた電解質と、を備えることを特徴とするエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。 - 前記反射型ディスプレイ装置の上部電極の上に前記エレクトロクロミックフィルターの第２電極が積層されて、前記エレクトロクロミックフィルターが前記反射型ディスプレイ装置に取り付けられることを特徴とする請求項７に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。
- 前記反射型ディスプレイ装置の上部電極と前記エレクトロクロミックフィルターの第２電極との間に絶縁層が備えられることを特徴とする請求項８に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。
- 前記エレクトロクロミックフィルターは、前記画素空間に応じて異なる色に変色可能なエレクトロクロミック物質をそれぞれ含む多数のエレクトロクロミックフィルターであることを特徴とする請求項７に記載のエレクトロクロミックフィルター付き反射型ディスプレイ装置。
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