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Abstract

【課題】光の透過率が高く、表示に十分な明るさを確保することができるとともに、黒を表示することができる半透過型の表示装置を提供する。【解決手段】半透過型の表示装置1は、表示パネル2とバックライト3とを備え、表示パネル2は、電極12を有する基板10と電極22を有する基板20と形状異方性部材32を含む光変調層30とを有し、電極12・22間に印加する電圧の周波数を変化させて形状異方性部材32を回転させるとともに、形状異方性部材32を、その長軸が、隣接する一方の基板に平行になるように配向させたときに、入射光を多重反射させて黒を表示する。【選択図】図1

Description

本発明は、反射表示と透過表示とを切り替えて表示を行う半透過型の表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、モニタ、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等の電子機器に幅広く利用されている。
このような液晶表示装置には、反射型、透過型、半透過型(反射透過型)の3種類がある。
このうち、反射透過型の液晶表示装置は、屋内等の比較的暗い照明下では、バックライト光を利用して透過表示を行う一方、屋外等の比較的明るい照明下では、照明光を利用して反射表示を行うものである。これにより、照明の明るさに拘らず、あらゆる照明下(光環境下)での表示が可能である。このため、半透過型の液晶表示装置は、携帯電話、PDA、デジタルカメラ等のモバイル機器に多く搭載されている(例えば、特許文献1等参照)。
図14は、特許文献1に記載の液晶表示装置における液晶パネルの概略構成を模式的に示す断面図である。
特開2003−161944号公報(2003年6月6日公開) 特表2007−506152号公報(2007年3月15日公開)
しかしながら、このような半透過型の液晶表示装置における液晶パネルは、図14に示すように、1画素を、反射電極が設けられた反射表示部と、透明電極が設けられた透過表示部とに分割している。
このため、単純に考えると、各表示の開口率が50%以下に下がってしまい、十分な明るさの表示を行うことができない。
また、液晶パネルは、図14に示すように、光の透過を制御するために、特定方向の偏光成分のみを透過させる偏光板が、一対の基板における液晶層との対向面とは反対側にそれぞれ設けられている。このため、液晶パネルに入射した光は、その一部のみが偏光板を通過し、大部分の光は、偏光板によって吸収される。このため、この偏光板の光の吸収による光の損失が、光の利用効率を低下させ、透過率を低下させる大きな要因となっている。
このように、液晶パネルでは、偏光板を用いているため、光の透過率が低く、十分な明るさの表示を行うことができない。
一方で、近年、偏光板を必要としない表示パネルの開発が進められている。特許文献2には、複数の粒子を含む懸濁層に入射された光を透過または反射する半透過反射ディスプレイが開示されている。
図15の(a)・(b)は、特許文献2に記載の半透過反射ディスプレイで用いられる懸濁粒子装置301の概略構成を示す断面図であり、図15の(a)は光透過状態の断面図を示し、図15の(b)は、光反射状態の断面図を示す。
特許文献2に記載の懸濁粒子装置301は、図15の(a)・(b)に示すように、互いに対向配置された透明プレート303および絶縁基板304と、これら透明プレート303と絶縁基板304との間に挟持され、反射性粒子311が絶縁流体312中に懸濁されてなる懸濁流体302とを備えている。
また、懸濁粒子装置301は、反射性粒子311を透明プレート303および絶縁基板304に垂直な方向に配向させるための電界V1を印加する電極305・306と、反射性粒子311を透明プレート303および絶縁基板304に平行な方向に配向させるための電界V2を印加する電極308・309とを備えている。
これにより、懸濁粒子装置301は、反射性粒子311に電圧を印加して反射性粒子311を垂直または水平に配向させ、図示しないバックライトの光を透過または外光を反射させることにより表示を行う。
しかしながら、特許文献2に記載の半透過反射ディスプレイは、光透過状態では図示しないバックライト光を表示し、光反射状態では反射性粒子311の反射光を表示しているだけであって、「黒」を表示することはできない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の透過率が高く、表示に十分な明るさを確保することができるとともに、黒を表示することができる半透過型の表示装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明にかかる表示装置は、表示パネルとバックライトとを備え、外光から入射された光を反射して表示を行う反射表示と、上記バックライトから照射された光を透過して表示を行う透過表示とを切り替えて表示を行う半透過型の表示装置であって、上記表示パネルは、(I)(i)第1の電極を有する第1の基板と、(ii)第2の電極を有し、上記第1の基板に対向して配された第2の基板と、(iii)反射面を有し、かつ、回転することで基板の法線方向から見た投影像の面積が変化する複数の形状異方性部材を含み、(II)上記第1の基板と第2の基板との間に挟持された光変調層とを有し、上記第1および第2の電極間に印加する電圧の周波数を変化させて上記形状異方性部材を回転させることにより上記光変調層に入射された光の透過率を制御するとともに、(III)上記形状異方性部材を、上記第1および第2の基板のうち一方の基板に隣接し、かつ、該基板に隣接する形状異方性部材の長軸が上記基板に平行になるように配向させたときに、上記光変調層に入射された光を上記形状異方性部材で多重反射させて黒を表示することを特徴としている。
上記の構成によれば、上記第1および第2の電極間に印加する電圧の周波数を変化させて上記形状異方性部材を回転させることにより、上記形状異方性部材における、基板の法線方向から見た投影像の面積を変化させて、上記光変調層に入射された光の透過率を制御することができるので、反射表示および透過表示を、形状異方性部材の回転(配向)のみで実現することができる。
そして、このとき、上記形状異方性部材を回転させて、上記形状異方性部材を、上記第1および第2の基板のうち一方の基板に隣接し、かつ、該基板に隣接する形状異方性部材の長軸が上記基板に平行になるように配向させたときに、上記光変調層に入射された光を多重反射させて黒を表示することから、上記形状異方性部材の回転(配向)のみで、黒を表示することができる。
したがって、黒を表示するために1画素を透過表示領域および反射表示領域に分割することなく、黒の表示と、反射表示および透過表示の切り替えとを、ともに実現することができる。すなわち、上記表示装置は、黒の表示が可能でありながら、1画素全体を透過表示にも反射表示にも切り替えることができる。
しかも、上記の構成によれば、特許文献2のように、反射性粒子を基板に垂直な方向に配向させるための電極と、反射性粒子を基板に平行な方向に配向させるための電極とを別々に設ける必要がない。また、液晶表示装置のように偏光板を必要ともしない。
したがって、上記の構成によれば、簡素な構成で、かつ、光の透過率が高く、表示に十分な明るさを確保することができるとともに、黒を表示することができる半透過型の表示装置を提供することができる。
また、上記光変調層は、上記形状異方性部材を上記一方の基板上に敷き詰めたときに少なくとも2層積層される量の形状異方性部材を含んでいることが望ましい。
上記の構成によれば、形状異方性部材を、基板上に2層以上、隣接して配向させることができる。このため、多重反射を引き起こすような、形状異方性部材の表面が斜めに傾いた層を、確実に形成することができる。
このため、上記形状異方性部材に、単純な直方体のフレークを用いた場合であっても、最上層の形状異方性部材の向きが基板と平行にならず、外光が多重反射を起こし、光が入射側に戻らなくなる。このため、反射光が減少し、黒表示が可能となる。
なお、上記形状異方性部材としては、直方体のフレークを用いることが、安価でかつ明るい表示を得ることができることから好ましく、このような直方体状のフレークを用いて多重反射を起こすことには、大きなメリットがある。
したがって、上記形状異方性部材は、直方体のフレークであることが好ましい。
また、上記光変調層は、上記形状異方性部材を上記一方の基板上に敷き詰めたときに数十層積層される量の形状異方性部材を含んでいることがより望ましい。
これにより、多重反射を引き起こすような、形状異方性部材の表面が斜めに傾いた層を、基板全体に渡って、より一層確実に形成することができる。
上記表示装置は、上記第1および第2の電極間に印加する電圧を、周波数が0Hzとなる直流または予め設定された第1の閾値以下の低周波数と、予め設定された第2の閾値以上の高周波数とで切り替える構成とすることができる。
これにより、上記形状異方性部材を回転させ、上記形状異方性部材における、基板の法線方向から見た投影像の面積を変化させて、上記光変調層に入射された光の透過率を制御することができる。
また、上記表示装置では、上記形状異方性部材が、その長軸が、上記第1および第2の電極間に印加する電圧が直流または上記第1の閾値以下の低周波数のときは上記第1および第2の基板に平行になるように配向し、上記第1および第2の電極間に印加する電圧が上記第2の閾値以上の高周波数のときは上記第1および第2の基板に垂直になるように配向する構成とすることができる。
また、上記形状異方性部材は、帯電性を有することが望ましい。
上記の構成によれば、上記第1および第2の基板間に印加する電圧の周波数を変化させることにより形状異方性部材を回転させることができるとともに、上記形状異方性部材を、上記形状異方性部材に帯電した電荷の極性と逆極性の電荷が帯電された電極を有する基板に、貼り付くように隣接して配向させることができる。
また、上記表示装置は、上記形状異方性部材が、上記第1および第2の基板のうち、上記形状異方性部材に帯電した電荷の極性と逆極性の電荷が帯電された電極を有する基板に隣接して配向するとともに、上記第1の電極に帯電する電荷の極性と上記第2の電極に帯電する電荷の極性とを切り替えることで、上記形状異方性部材が隣接して配向する基板を、上記第1の基板と第2の基板とで切り替えることが望ましい。
これにより、反射表示において、例えば白表示と黒表示とを切り替えることができる。また、例えばバックライトをエリアアクティブ駆動することで、あらかじめ設定された照明領域毎(つまり、分割照明領域毎、例えば画素毎)に、異なる表示を行うことができる。
また、上記表示装置は、透過表示時および反射表示時に、上記形状異方性部材を、上記第1および第2の基板のうち何れか一方の基板に隣接して配向させて多重反射させることで、上記形状異方性部材の配向のみで反射表示時および透過表示時にともに黒を表示させることが望ましい。
これにより、反射表示時にも透過表示時にも黒を表示することができる半透過型の表示装置を提供することができる。
また、上記表示装置は、上記バックライトの発光面が、複数の分割照明領域に区分されており、各分割照明領域に光源が配置されていることが望ましい。
上記の構成によれば、エリアアクティブ駆動を行うことで、分割照明領域毎(例えば画素毎)に、透過表示と反射表示とを切り替えることが可能となる。
また、上記各分割照明領域には、上記光源として、各色に発光する光源が配置されていることが望ましい。
上記の構成によれば、透過表示時に、上記形状異方性部材を、上記バックライトから光変調層に入射された光が光変調層を透過するように配向させる(例えば、基板に垂直な方向に配向させる)ことで、カラーフィルタを使用しなくてもカラー表示を行うことができる。
また、上記光源は、単色発光する光源であることが望ましい。
上記の構成によれば、簡素な構成で、上記分割照明領域毎に、予め設定された色のカラー表示を行うことができる。
また、上記表示装置は、分割照明領域毎に発光色を切り替えることが望ましい。
これにより、任意の領域で、バックライトの発光色を任意に切り替えることができる。
また、上記表示装置は、上記基板に垂直な方向から見たときに、上記光変調層における、上記バックライトの各分割照明領域の境界部分に対応する領域に仕切りが設けられていることが望ましい。
これにより、上記バックライトの各分割照明領域に対応する上記表示パネルの表示領域における形状異方性部材の移動や偏りを防止することができる。また、カラー表示を行う場合に、上記バックライトの各分割照明領域に対応する上記表示パネルの表示領域において混色が生じることを防止することができる。
また、上記形状異方性部材は、着色されていることが望ましい。
これにより、反射表示時に、形状異方性部材を、表示面側の基板に隣接し、かつ、該表示面側の基板に隣接する形状異方性部材の長軸が該表示面側の基板に平行になるように配向させることで、上記形状異方性部材の反射色を観察することができる。このため、上記の構成によれば、反射表示時に、カラーフィルタを使用しなくてもカラー表示を行うことができる。
また、上記表示装置は、上記バックライトをエリアアクティブ駆動することで、透過表示と反射表示とを同時に行うことが望ましい。
反射表示を行う領域では、バックライトを消灯することができる。したがって、上記の構成によれば、透過表示と反射表示とを同時に行うことができ、かつ、消費電力を低減することができる半透過型の表示装置を提供することができる。
なお、この場合、例えば、白または黒を表示する部分は反射表示を行い、カラー表示を行う部分は透過表示を行う構成とすることができる。
上記の構成によれば、白または黒を表示する部分はバックライトを消灯して表示を行う一方、透過表示による綺麗なカラー表示を行うことができる。したがって、消費電力を抑えつつ綺麗なカラー表示を行うことができる。
また、上記表示パネルにおける各画素には、カラーフィルタが設けられていることが望ましい。
上記の構成によれば、簡素な構成で、綺麗なフルカラー表示を行うことができる。
なお、この場合、上記カラーフィルタは、表示面側の基板に設けられていることが望ましい。これにより、上記形状異方性部材を表示面側の基板側に配向させてカラー表示を行う場合、光変調層とカラーフィルタとの間に発生する視差を抑制することができ、高品位のカラー表示を実現することができる。
以上のように、本発明の表示装置は、反射表示と透過表示とを切り替えて表示を行う半透過型の表示装置である。本発明によれば、対向配置された第1および第2の基板に設けられた第1および第2の電極間に印加する電圧の周波数を変化させて、第1および第2の基板間に挟持された光変調層における形状異方性部材を回転させることで、上記光変調層に入射された光の透過率を制御することができる。したがって、反射表示および透過表示を、形状異方性部材の回転(配向)のみで実現することができる。
そして、このとき、上記形状異方性部材を回転させて、上記形状異方性部材を、上記第1および第2の基板のうち一方の基板に隣接し、かつ、該基板に隣接する形状異方性部材の長軸が上記基板に平行になるように配向させたときに、上記光変調層に入射された光を多重反射させて黒を表示することから、上記形状異方性部材の回転(配向)のみで、黒を表示することができる。
したがって、本発明によれば、簡素な構成で、かつ、光の透過率が高く、表示に十分な明るさを確保することができるとともに、黒を表示することができる半透過型の表示装置を提供することができる。
(a)・(b)は、本発明の実施の形態1にかかる表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 図1の(a)・(b)に示す表示装置における電源回路の概略構成の一例を示す断面図である。 (a)・(b)は、本発明の実施の形態1にかかる表示装置の要部の他の概略構成を示す断面図である。 形状異方性部材として、基板の表面を1層のフレークで覆うために必要な量を超える程度の量のフレークを使用した場合に、フレークとフレークとの隙間に別のフレークの一部が入りこみ、斜めになった様子を示す模式図である。 形状異方性部材としてフレークを用いた場合に、光変調層内に入射した外光がフレークにより多重反射する状態を示す模式図である。 (a)・(b)は、本発明の実施の形態2にかかる表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態2にかかる表示装置の要部の概略構成を示す他の断面図である。 本発明の実施の形態2にかかる表示装置の要部の概略構成を示すさらに他の断面図である。 (a)・(b)は、本発明の実施の形態3にかかる表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態3にかかる表示装置の要部の概略構成を示す他の断面図である。 本発明の実施の形態4にかかる表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態4にかかる表示装置の要部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態5にかかる表示装置の要部の概略構成を示す断面図である。 特許文献1に記載の液晶表示装置における液晶パネルの概略構成を模式的に示す断面図である。 (a)・(b)は、特許文献2に記載の半透過反射ディスプレイで用いられる懸濁粒子装置の概略構成を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について図1の(a)・(b)〜図5に基づいて説明すれば以下の通りである。
<表示装置の概略構成>
図1の(a)・(b)は、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示す断面図であり、形状異方性を有する形状異方性部材32(例えば、フレーク状の金属小判)の配向方向や配向(堆積)位置を種々変更した様子を示している。
なお、図1の(a)は、透過表示を行う場合における黒表示時および白表示時の断面図を示し、図1の(b)は、反射表示を行う場合における黒表示時および白表示時の断面図を示す。また、図1の(a)・(b)における右図および左図は、それぞれ、1画素の概略構成を示している。
本実施の形態にかかる表示装置1は、図1の(a)・(b)に示すように、表示パネル2と、表示パネル2に光を照射するバックライト3と、図示しない駆動回路とを備え、バックライト3から出射された光を、表示パネル2を透過して表示を行うとともに、入射された外光を反射して表示を行う、いわゆる半透過型の表示装置である。
なお、バックライト3の構成は従来と同一である。したがって、バックライト3の構成については、その説明を省略する。バックライト3としては、例えば、エッジライト型や直下型の面光源装置等を適宜用いることができる。また、バックライト3の光源(発光源)には、蛍光管等の線状光源や、発光ダイオード(LED)等の点状光源等を、適宜用いることができる。
なお、図1の(a)・(b)では、バックライト3の光源にLEDを使用するとともに、バックライト3の光源をバックライト3として図示している。上記LEDとしては、例えば、1つのLEDチップから白色発光するLED(白色発光素子)を使用してもよく、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色のLEDチップが1つのパッケージにモールドされている白色発光素子を使用してもよく、例えば、青色LEDと黄色発光蛍光体とを組み合わせてなる白色発光素子を使用してもよい。また、後述する実施の形態に示すように、例えば、R色、G色、またはB色の発光色を有するLEDを、バックライト3(つまり、バックライト3の光源)として用いてもよい。
表示パネル2は、互いに対向して配置された一対の基板10・20と、これら一対の基板10・20の間に配置された光変調層30とを備えている。
また、表示パネル2は、行列状に配列された多数の画素を有している。
なお、以下では、基板10(第1基板)がバックライト3側(背面側)に配され、基板20(第2基板)が表示面側(観察者側)に配されている場合を例に挙げて説明するが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
以下に、上記各構成について説明する。
<基板10および基板20>
基板10は、アクティブマトリクス基板である。基板10は、絶縁基板11上に、図示しない、各種信号線(走査信号線、データ信号線等)、TFT(薄膜トランジスタ)等のスイッチング素子、および絶縁膜を備え、それらの上に、電極12(画素電極)が設けられた構成を有している。なお、各種信号線を駆動する駆動回路(走査信号線駆動回路、データ信号線駆動回路等)の構成は、従来と同一である。
電極12は、図示しないドレイン電極で、信号線(走査信号線、データ信号線)およびTFT等のスイッチング素子に接続されており、映像信号に応じた信号が印加される。
一方、基板20は対向基板であり、絶縁基板21上に、電極22(共通電極)を備えている。
絶縁基板11・21としては、透光性および絶縁性を有していればよく、例えば、ガラス基板等の透明基板が用いられる。
電極12・22は、透明電極であり、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、酸化亜鉛、酸化スズ等の透明導電膜により形成されている。また、電極12は画素毎に形成されており、電極22は全画素に共通するベタ状に形成されている。なお、電極22は、電極12と同様に、画素毎に形成されていてもよい。
電極12・22の電極厚や形成方法は、特に限定されるものではなく、液晶パネルのそれと同様に設計、選択することができる。また、スイッチング素子、各種信号線、絶縁層等の材料、層厚、形成方法等も、液晶パネルのそれと同様に設計、選択することができる。
<光変調層30>
光変調層30は、基板10・20間に設けられ、媒体31と、媒体31に含有される複数の形状異方性部材32とを備えている。
光変調層30は、例えば、基板10と基板20とを、スペーサ(図示せず)を介してシール剤(図示せず)によって貼り合わせ、両基板10・20間の空隙に、形状異方性部材32を含む媒体31を封入することにより形成される。
光変調層30には、電極12・22に接続された電源回路33(電源)により電極12・22に電圧を印加することで、電界が印加される。このとき、光変調層30は、電極12・22間に印加される印加電圧の周波数の変化に応じて、バックライト3から光変調層30に入射された光の透過率、および外部から光変調層30に入射された光(外光)の反射率を変化させる。ここで、本明細書では、交流の電圧の周波数が0Hzとなる場合を「直流」と称す。光変調層30の厚み(セル厚)は、形状異方性部材32の長軸方向の長さにより設定され、例えば、80μmに設定される。
<形状異方性部材32>
形状異方性部材32は、電界の方向に応じて回転または変形する、形状異方性を有する応答部材である。表示特性的には、形状異方性部材32は、平面視における(つまり、基板10・20の法線方向から見たときの)形状異方性部材32の投影像の面積(基板10・20への投影面積)が、光変調層30に電界を印加する方向に応じて変化する部材である。なお、上記投影面積比(最大投影面積:最小投影面積)は、2:1以上であることが好ましい。
形状異方性部材32の形状としては、例えば、フレーク状、円柱状、楕円球状、ファイバ状等を採用することができる。
なお、フレーク状の形状異方性部材32(フレーク)としては、例えば、単純な直方体(平坦型、平面型)のフレーク、表面が湾曲した、お椀型に形成された(凹凸面を有する)フレーク(お椀型のフレーク)等を用いることができる。
また、ファイバ状の形状異方性部材32(ファイバ)は、例えば、透明円柱状のガラスに反射膜(金属、または、金属および樹脂コート)を形成した構成とすることができる。
そのなかでも、形状異方性部材32としては、製造コスト面並びに形状異方性部材32を基板10・20に垂直に配向(縦配向)させたときに明るい表示を得ることができることから、単純な直方体(平坦型、平面型)のフレーク(フレーク状の形状異方性部材32)を用いることが好ましい。
例えば、上記形状異方性部材32としてフレーク(すなわち、フレーク状の形状異方性部材)を用いたときは、その厚みが1μm以下であることが好ましく、0.1μm以下であることがより好ましい。
形状異方性部材32の厚みは、薄ければ薄いほど、高い透過率や、散乱の少ない黒表示を得ることができる。したがって、形状異方性部材32の厚みは、形状に拘らず、とりわけ、光の波長以下である(例えば、0.5μm以下である)ことが好ましい。
また、形状異方性部材32は、媒体31中で正または負の帯電性を有するとともに、可視光を反射する性質を有する部材である。
形状異方性部材32としては、例えば、電極や媒体等と電子のやり取りが可能な部材や、イオン性のシランカップリング剤等で修飾した部材を用いることができる。
また、形状異方性部材32の材質としては、例えば、金属、半導体、誘電体、あるいは、これらの複合材料を採用することができる。また、誘電体多層膜またはコレステリック樹脂を用いることもできる。
なお、形状異方性部材32の表面は、反射性を高めるために、鏡面処理が施されていてもよく、凹凸が形成されていてもよい。
形状異方性部材32に金属を用いた場合には、例えば、一般の塗装に用いられるアルミニウムフレークを用いることができる。例えば、形状異方性部材32として、直径20μm、厚み0.3μmのアルミニウム(Al)フレークを用いることができる。
また、形状異方性部材32は、着色されていてもよい。例えば、形状異方性部材32に色素含有樹脂や干渉膜等を設けることで色を付けてもよく、着色した部材により形状異方性部材32を形成してもよい。
また、形状異方性部材32の比重は、11g/cm以下であることが好ましく、3g/cm以下さらには媒体31と同等の比重であることがより好ましい。これは、形状異方性部材32の比重が媒体31に比べて大きく異なる場合、形状異方性部材32が沈降または浮遊するという問題が生じるためである。
また、本実施の形態では、図1の(a)・(b)に示すように、1画素で反射表示と透過表示との切り替えを可能とするために、形状異方性部材32が、観察者から見て背面側の基板10に隣接し、かつ、基板10に隣接する形状異方性部材32の長軸が基板10に平行になるように配向(堆積)したとき(言い換えれば、形状異方性部材32が、基板10に貼り付くように基板10に隣接して配向したとき)に、光変調層30に入射した光が形状異方性部材32で多重反射する量の形状異方性部材32を使用している。
具体的には、2層分の形状異方性部材32、好適には、数十層分の形状異方性部材32を使用している。つまり、上記光変調層30は、形状異方性部材32を、何れか一方の基板(ここでは、基板10)上に敷き詰めたときに、形状異方性部材32が少なくとも2層積層(堆積)される量、好適には、数十層積層される量の形状異方性部材32を含んでいる。
このように形状異方性部材32を基板10上に2層以上堆積させることで、多重反射を引き起こすような、形状異方性部材32が斜めに堆積した層(形状異方性部材32の表面が斜めに傾いた層)を、確実に形成することができる。このため、形状異方性部材32に直方体のフレークを用いた場合であっても、最上層の形状異方性部材32の向きが基板10・20と平行にならず、外光が多重反射を起こし、光が入射側に戻らなくなる。このため、反射光が減少し、黒表示が可能となる。
また、上記したように数十層分の形状異方性部材32を使用することで、多重反射を引き起こすような、形状異方性部材32が斜めに堆積した層を、基板全体に渡って、より一層確実に形成することができる。
なお、形状異方性部材32として、1層分、あるいは基板10の表面を1層のフレークで覆うために必要な量を超える程度の量の直方体のフレークを堆積させた場合、フレークが隙間無く敷き詰められるとは考え難く、ある程度隙間が空く代わりに一部で2層以上堆積すると考えられる。
図4は、形状異方性部材32として、基板10の表面を1層のフレークで覆うために必要な量を超える程度の量のフレークを使用した場合に、フレークとフレークとの隙間に別のフレークの一部が入りこみ、斜めになった様子を示す模式図である。
図4に示すように、フレークを基板10上に堆積させたときに、フレークとフレークとの間に隙間が生じると、この隙間にフレークの一部が入り込んだり、フレークが、2層以上堆積した別のフレークに斜めに倒れかかったりすることで基板と平行にならないフレークが存在すると、この斜めのフレークにより、多重反射を起こす。
しかしながら、この場合、例えばバックライト3から入射された入射光がこの隙間を透過したり、フレークで反射した光が観察者側に戻ったりする可能性がある。
また、形状異方性部材32として、例えば表面が湾曲したお椀型のフレークを用いた場合、1層分のフレークしか使用しなかった場合でも、フレークの重なり方次第では、多重反射を起こす。しかしながら、十分な多重反射を起こし、反射光を消失させるためには、お椀型のフレークであっても、1層では不十分である。
このため、十分な多重反射を起こし、反射光を消失させるためには、光変調層30に、形状異方性部材32が基板10上に2層以上堆積する量、好適には数十層堆積する量の形状異方性部材32が含まれていることが望ましい。
また、上述したように、お椀型のフレークを用いた場合、1層分のフレークしか使用しなかった場合でも、フレークの重なり方次第では、多重反射を起こす。しかしながら、お椀型のフレークを基板に垂直に配向(縦配向)させた場合には、表面の湾曲の程度にもよるが、その形状が原因で光が拡散するために、バックライト光が十分に透過せず、暗い表示になってしまう可能性がある。また、フレークをお椀型にする場合、単純な直方体のフレークを使用する場合と比較してコストが余分にかかる。
このため、形状異方性部材32としては、上述したように種々の形状の形状異方性部材を使用することができるが、直方体状のフレークを使用することが、安価でかつ明るい表示を得ることができることから好ましく、このような直方体状のフレークを用いて多重反射を起こすことに、大きなメリットがある。
<媒体31>
媒体31は、可視光領域において透過性を有する材料であり、可視光領域において概ね吸収のない液体や、それらを色素で着色したもの等を用いることができる。また、媒体31の比重は、形状異方性部材32と同等であることが好ましい。
また、媒体31は、セル内に封止する工程を考慮すると揮発性の低いものであることが好ましい。また、媒体31の粘度は、応答性に関与するものであり、5mPa・s以下であることが好ましく、さらに形状異方性部材32の沈降を防ぐために、0.5mPa・s以上であることが好ましい。
また、媒体31は、単一の物質で形成されていてもよく、複数の物質の混合物で形成されていてもよい。例えば、炭酸プロピレンやNMP(Nメチル2ピロリドン)やフルオロカーボンやシリコーンオイル等を用いることができる。
<表示方法>
次に、表示装置1における表示パネル2の表示方法(駆動方法)について具体的に説明する。なお、ここでは、形状異方性部材32として、フレークを用いた場合を例に挙げて説明する。
まず、基本動作として、光変調層30による光の透過率並びに光の反射率の制御方法について説明する。
本実施の形態にかかる表示パネル2は、上述したように、形状異方性部材32が媒体31に分散された光変調層30と、光変調層30に電界を印加する電極12・22とを備え、電極12・22間に印加される印加電圧の周波数を変えることで、上記形状異方性部材32の向き(投影像の面積)を可逆的に切り替えるとともに、電極12に帯電する電荷の極性と電極22に帯電する電荷の極性とを切り替えることで、形状異方性部材32が貼り付くように配向する(つまり、堆積する)側の基板を切り替える。
例えば、電極12・22間に、高周波として例えば周波数60Hzの電圧(交流電圧)を印加すると、誘電泳動現象、クーロン力または電気エネルギー的な観点から説明される力により、図1の(a)の右図に示すように、フレークは、その長軸が電気力線に平行になるように回転する。すなわち、フレークは、その長軸が基板10・20に垂直になるように配向(縦配向)する。
したがって、このとき、例えばフレークとして金属片のような可視光反射性のある材料を用いれば、縦配向により、フレークの反射面が基板10・20に垂直になる。この結果、バックライト3から光変調層30へ入射された光は、図1の(a)の右図に示すように、光変調層30を直接透過(通過)するか、もしくは、反射面で反射した後、入射光と反対側の面(つまり、観察者側)に出射される。
一方、図1の(a)の左図並びに図1の(b)の左図および右図に示すように、電極12・22間に、低周波として例えば周波数0.1Hz、または、直流(周波数=0Hz)の電圧を印加すると、電気泳動力やクーロン力で説明される力により、帯電性を有するフレークは、その帯電した電荷の極性と逆極性の電荷が帯電された電極付近に吸い寄せられる。そして、フレークは、最も安定した配向をとり、基板10または基板20に貼り付くように回転する。
この結果、フレークは、基板10・20のうち、フレークが貼り付く側の基板(つまり、フレークに帯電する電荷の極性と逆極性の電荷が帯電された電極が設けられた基板)に隣接するフレークの長軸が基板10・20に平行になるように配向(横配向)する。
したがって、このとき、例えばフレークとして金属片のような可視光反射性のある材料を用いれば、横配向により、フレークの反射面が基板10・20に平行になる。この結果、外部から光変調層30へ入射された光(例えば、バックライト3から光変調層30へ入射された光、あるいは、光変調層30へ入射された外光)は、上記反射面で反射し、反対側の面には透過しない。
このように、光変調層30に印加する電圧を、周波数が0となる場合の直流と、交流とで切り替えることにより、または、低周波数と、高周波数とで切り替えることにより、バックライト3から光変調層30に入射された光の透過率(透過光量)を変化させることができる。
なお、フレークが横配向する(横配向に切り替わる)場合の周波数は、例えば0Hz〜0.5Hzの値であり、フレークが縦配向する(縦配向に切り替わる)場合の周波数は、例えば30Hz〜1kHzの値である。
これらの周波数は、フレーク(形状異方性部材32)の形状および材質、光変調層30の厚み(セル厚)等により、予め設定される。すなわち、表示装置1は、光変調層30に印加する電圧の周波数を、第1の閾値以下の低周波数と第2の閾値以上の高周波数とで切り替えることにより、光の透過率(透過光量)を変化させる。ここでは、例えば、第1の閾値を0.5Hz、第2の閾値を30Hzに設定することができる。
なお、図1の(a)・(b)では、一例として、フレークに帯電する電荷の極性が正の場合を示している。
この場合、図1の(a)の左図および図1の(b)の左図に示すように、電極12・22間に例えば直流電圧を印加した場合において、電源回路33のマイナス側を電極12に接続し、プラス側を電極22に接続すると、フレークは、マイナスの電荷が帯電された電極12が設けられた基板10に貼り付くように配向する。
また、図1の(b)の右図に示すように、電極12・22間に例えば直流電圧を印加した場合において、電源回路33のマイナス側を電極22に接続し、プラス側を電極12に接続すると、フレークは、マイナスの電荷が帯電された電極22が設けられた基板20に貼り付くように配向する。
このように、本実施の形態にかかる表示装置1では、フレークを横配向させる際に、光変調層30を挟む電極12・22間に直流電圧を印加したときの該電圧の極性を切り替えることにより、フレークを、基板10側または基板20側に切り替えて配向させることができる。
なお、表示装置1は、図示しない制御部を備え、電源回路33により、上記したように透過表示および反射表示に適した周波数の電圧を上記電極12・22間に印加するとともに、上記したように、電極12・22間に印加する電圧の極性を切り替える。
また、表示装置1は、表示装置1の近傍の環境光の光レベルを検出するフォトダイオードのような図示しない光センサを備えていてもよく、上記制御部は、上記光センサから送られたデータに基づいて、透過表示を行うか、反射表示を行うかを決定するようになっていてもよい。
図2は、図1の(a)・(b)に示す表示装置1における電源回路33の概略構成の一例を示す断面図である。
なお、図2では、一例として、図1の(b)の左図に示す場合を例に挙げて図示している。
図2に示すように、本実施の形態にかかる表示装置1は、電源回路33として、例えば、交流電源33a、プラスおよびマイナスの配置が逆に配置されている2種類の直流電源33b・33c、および、電極12・22とこれら交流電源33aおよび直流電源33b・33cとの接続を切り替えるスイッチ34(切り替え器)とを有する電源回路を備えている。
このような表示装置1においては、例えば、図示しない制御部から、電源回路33において、電極12・22に接続される電源を切り替える切替信号が入力されることで、入力された切替信号に基づいて、電極12・22を接続する電源を切り替えることで、容易に、直流電圧と交流電圧との切り替えを行うことができるとともに、電極12に帯電する電荷の極性と電極22に帯電する電荷の極性とを切り替えることができる。言い換えれば、電極12・22間に印加する電圧の極性を切り替えることができる。
なお、図2では、一例として、スイッチ34を用いて電極12・22に接続される電源を切り替える場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば後述する実施の形態4に示すように、TFT等のスイッチング素子を用いて制御信号を送ることで、フレークの配向を切り替えてもよい。
また、図1の(a)・(b)および図2では、フレークに帯電する電荷の極性が正の場合を示しているが、これに限定されず、フレークに帯電する電荷の極性が負であってもよい。この場合、フレークが貼り付く基板が、図1の(a)・(b)に示す例とは逆になる。
図3の(a)・(b)は、フレークに帯電する電荷の極性が負である場合における表示装置1の要部の概略構成を示す断面図である。なお、図3の(a)は、透過表示を行う場合における黒表示時および白表示時の断面図を示し、図3の(b)は、反射表示を行う場合における黒表示時および白表示時の断面図を示す。また、図3の(a)・(b)における右図および左図は、それぞれ、1画素の概略構成を示している。
図3の(a)の左図および図3の(b)の左図に示すように、フレークに帯電する電荷の極性が負であり、電極12・22間に例えば直流電圧を印加した場合、電源回路33のマイナス側を電極22に接続し、プラス側を電極12に接続すると、フレークは、プラスの電荷が帯電された電極12が設けられた基板10に貼り付くように配向する。
また、図3の(b)の右図に示すように、フレークに帯電する電荷の極性が負であり、電極12・22間に例えば直流電圧を印加した場合、電源回路33のマイナス側を電極12に接続し、プラス側を電極22に接続すると、フレークは、プラスの電荷が帯電された電極22が設けられた基板20に貼り付くように配向する。
<表示モード>
本実施の形態にかかる表示装置1は、半透過型の表示装置であり、表示装置1の外部から入射された光(外光、すなわち、周囲光)を反射して表示を行う反射表示モードと、バックライト3から照射された光を透過して表示を行う透過表示モードとを含み、上記反射表示モードと透過表示モードとを切り替えて表示を行う。
表示装置1は、例えば、屋内等の比較的に暗い場所では、バックライト光を利用して透過表示を行う(透過モード)。一方、屋外等の比較的に明るい場所では、外光を利用して反射表示を行う(反射モード)。これにより、周囲の明るさに拘らず、コントラスト比の高い表示を実現できる。このため、表示装置1は、屋内外を問わず、あらゆる照明下(光環境下)での表示が可能であるため、携帯電話、PDA、デジタルカメラ等のモバイル機器に好適である。
以下に、各表示(表示モード)について説明する。
<透過表示>
表示パネル2は、電極12・22に、ともに透明電極を使用していることから、図1の(a)に示すように、透過表示を得ることができる。この場合、図1の(a)の左図に示すように、フレークが横配向のときは光が遮断された状態となり、図1の(a)の右図に示すように、フレークが縦配向のときは光が透過する状態となる。
図1の(a)の左図に示すように、本実施の形態では、フレークが基板10上に2層以上堆積し、フレークが斜めになることにより、多重反射を起こしたり光が層内に閉じ込められたりするために、フレークの反射光が消失し、黒色に見える。
図5は、形状異方性部材32としてフレークを用いた場合に、光変調層30内に入射した外光がフレークにより多重反射する状態を示す模式図である。
図5に示すように、観察者側から光変調層30内に入射した光は、2層以上堆積したフレークの層の中で何回も反射を繰り返し、その過程で光が減衰することで、反射光が消失する。
図5は、反射率90%のフレーク間で、往路で10回反射、復路で10回反射した場合の反射の様子を示している。
この場合、入射光100%の光が反射を繰り返し、観察者側に戻る反射光は、次式
(0.9^10)^2=12%
から12%となり、外光が観察者側に反射し難くなるので、コントラストが向上する。もちろん、光が層内に閉じ込められた場合は、反射光は消失する。
なお、透過表示を行う場合、つまり、周囲光が十分ではなく、比較的に暗い場所で表示を行う場合、フレークが横配向のときにフレークが堆積する側の基板は、基板10側でも基板20側でもよい。この場合、フレークを、基板10側または基板20側に堆積させると、光が透過しないので、何れの場合にも黒表示になる。
しかしながら、観察者から見て背面側の基板10側に堆積する方が、上述したように、フレークの反射面で反射した光が多重反射を起こし、外光が観察者側に反射し難くなり、コントラストが向上することから、望ましい。
一方、表示パネル2の背面側にバックライト3を設けてフレークを縦配向させることにより、液晶ディスプレイのような透過表示を行うことができる。
また、表示パネル2を、例えば携帯電話機等の非表示面(通常の画像表示面ではないボディ面等)に設置すれば、フレークを縦配向させることにより、非表示面に携帯電話機のボディ色を表示させることができる一方、フレークを横配向させることにより、非表示面にフレークの着色を表示させるか、あるいは外光を反射させることができる。
なお、このような表示装置1では、電極12・22をセグメント電極やベタ電極で構成することができるため、回路構成を簡略化することもできる。
<反射表示>
本実施の形態によれば、上述したように電極12・22に透明電極を用いても、フレークの堆積位置を変えることで、反射表示を得ることができる。
すなわち、フレークが、図1の(b)の左図に示すように、観察者から見て背面側の基板10側に堆積したときには、図5に示したように外光がフレークで多重反射を起こし、反射光が減少する。これにより、黒表示が得られる。
一方、フレークが、図1の(b)の右図に示すように、観察者側の基板20側に堆積したときには、外光がフレーク表面で正反射を起こし、反射光が得られる。
このように、フレークが表示面側の基板20に貼り付いている場合、理想的には、フレークの反射面により、同一平面(面一状の反射面)が形成されるように観察されることで、鏡面性の高い表示(ミラー反射)が得られる。しかしながら、フレークの表面は、実際には鏡面ではなく、凹凸があるため、散乱光が得られるので、白く見える。また、実際には、基板20に綺麗にフレークが貼りつくことはなく、多少の凹凸が生じるので、入射光が散乱して白く見える。
なお、このとき、フレークを金属片としたときは、金属片の反射が得られ、フレークを着色部材で形成すると、フレークによる着色が得られる。
これにより、反射表示において、黒色(図1の(b)の左図)と、白色(図1の(b)の右図)とを切り替えることができる表示装置1を実現することができる。
なお、透過表示時にはバックライト3を点灯(ON(オン))し、反射表示時には、バックライト3は消灯(OFF(オフ))される。反射表示時には、バックライト3を使用しないので、消費電力は透過表示時と比較して少ない。
<効果>
このように、本実施の形態にかかる表示装置1によれば、反射表示および透過表示ともに白表示および黒表示を実現することができる。
一方、特許文献2のように、反射性粒子311(図15の(a)・(b)参照)の配向を横配向と縦配向とで切り替えることで反射表示モードと透過表示モードとに切り替える場合、前述したように、反射表示モードで、反射性粒子311の反射光を表示し、透過表示モードで、バックライトの光を表示することができるにすぎず、黒を表示することはできない。
なお、反射表示のみに特化すれば、例えば、観察者から見て背面側の基板に、黒色の光吸収層を設け、フレークを縦配向させることで、黒を表示することも可能になる。しかしながら、このような光吸収層を設けた場合、バックライト光が透過しないため、透過表示を行うことは不可能となる。
したがって、このようにフレークの配向を横配向と縦配向とで切り替える表示パネルにおいて、反射表示のみならず透過表示も行うとともに、黒の表示を実現するためには、液晶パネルのように、反射モードに使用される反射表示部と、透過モードに使用される透過表示部とを形成せざるを得ない。
しかしながら、この場合、偏光板に起因する透過率の低下を防ぐことはできるものの、液晶パネル同様、それぞれの表示モードで開口率が半分以下になるため、十分に明るい表示を得ることはできない。
これに対し、本実施の形態によれば、上述したように、1画素内でフレークが位置や向きを変えることで、1画素全体を透過表示にも反射表示にも切り替えることができる。
例えば、反射表示の場合、上述したようにフレークを背面側の基板10側に堆積させると光が多重反射を起こし、黒表示となり、反対に、観察者側の基板20側に堆積させると、白表示になる。
一方、透過表示の場合、周囲光が十分ではなく、比較的に暗い場所では、フレークを、基板10側または基板20側に堆積させると、光が透過しないので黒表示になり、フレークを縦向きに配向させると、光が透過するので白表示になる。
このように、本実施の形態にかかる表示装置1によれば、このように画素を表示モード毎に分割することなく、1画素全体を反射表示と透過表示とで切り替えることができるとともに、フレークの配向のみで反射表示も透過表示もともに白および黒を表示することができる。
しかも、特許文献2は、反射性粒子311の配向方向を、縦配向と横配向とで切り替えるために、反射性粒子311を透明プレート303および絶縁基板304に垂直な方向に配向させるための電界V1を印加する電極305・306と、反射性粒子311を透明プレート303および絶縁基板304に平行な方向に配向させるための電界V2を印加する電極308・309とを必要とする。このため、構成が複雑である。
これに対し、本実施の形態にかかる表示装置1によれば、電極12・22に印加する電圧の周波数を変更することで、フレークの縦配向と横配向とを切り替えることができる。したがって、簡素な構成で、かつ、光の透過率が高く、表示に十分な明るさを確保することができるとともに、黒を表示することができる半透過型の表示装置を提供することができる。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について、図6の(a)・(b)〜図8に基づいて説明すれば以下の通りである。
なお、以下の説明では、主に、実施の形態1との相違点について説明するものとし、実施の形態1で説明した各構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<表示装置の概略構成>
図6の(a)・(b)および図7は、それぞれ、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示す断面図である。
なお、図6の(a)は、透過表示を行う場合における黒表示時およびR(赤)・G(緑)・B(青)表示時の断面図を示し、図6の(b)は、反射表示を行う場合における黒表示時および白表示時の断面図を示す。また、図7の(a)・(b)における右図および左図は、それぞれ、1画素の概略構成を示し、図7は、R(赤)・G(緑)・B(青)の3つの画素の概略構成を示している。
図6の(a)・(b)に示すように、本実施の形態にかかる表示装置1の基本的な構成は、実施の形態1にかかる表示装置1と同じである。
本実施の形態にかかる表示装置1は、バックライト3として、R色、G色、またはB色の発光色を有するバックライトが設けられている点で、実施の形態1にかかる表示装置1と異なっている。
本実施の形態にかかる表示装置1には、例えば、図7に示すように、R色、G色、またはB色の発光色を有するバックライト3が、例えば画素毎に固定で配置されている。
これらR・G・Gの各色のバックライト3は、図7に示すようにR・G・Gの各色の画素毎に順番に並んで配置されており、透過表示のときは、常に発光している。
このような表示装置1では、隣接画素の色と混色しないように、図7に示すように、異なる色の画素間に、ストライプ状のリブ等の仕切り41がそれぞれ設けられていてもよい。すなわち、図6の(a)・(b)では、表示パネル2に、図1の(a)・(b)に示す表示パネル2と同じ表示パネルを用いた場合を例に挙げて図示しているが、図6の(a)・(b)における表示パネル2には、仕切り41が設けられていてもよい。
これにより、隣接画素間の混色を防止することができるとともに、フレークの移動による偏り等を防止することもできる。
なお、上記仕切り41は、隣接画素間の混色を防止することができれば、その材質や大きさは、特に限定されるものではない。
なお、上記仕切り41は、基板10・20間の間隙(セルギャップ)を一定に保持するためのスペーサを兼ねていてもよい。上記仕切り41は、例えば、一般的な柱状スペーサと同様の材料並びに方法を用いて形成することができる。
次に、このような表示装置1を用いた場合の表示方法について説明する。なお、以下でも、形状異方性部材32としてフレークを用いた場合について説明する。
<透過表示>
このような表示装置1を使用する場合、例えば、フルカラーで使用したい場合は、透過表示で動作を行う。例えば、電子ブックのディスプレイとして本実施の形態にかかる表示装置1を使用した場合、雑誌等のフルカラーを必要とするコンテンツを見る場合には、透過表示で動作する。
この場合、図6の(a)の右図および図7に示すようにフレークが縦配向しているときは、各画素の下にあるR・G・Bの何れかのバックライト3が発光することで、発光したバックライト3の発光色が視覚される。
一方、図6の(a)の左図に示すようにフレークが横配向しているときは、実施の形態1で説明したように、バックライト3の光が透過しないので、黒が視覚される。これにより、フルカラーの表示を行うことができる。
また、実施の形態1同様、外光の無い暗い場所においても、透過表示で動作を行う。
<反射表示>
一方、低消費電力で使用したい場合には、反射表示で動作を行う。なお、ここでも、電子ブックのディスプレイとして本実施の形態にかかる表示装置1を使用した場合を例に挙げて説明する。
このような場合に、例えば、外出先で消費電力を抑えつつ、新聞等の白黒のコンテンツを見る場合には、反射表示で動作する。
この場合、図6の(b)の左図のようにフレークが横配向で下側(背面側の基板10側)に堆積しているときは、実施の形態1で説明したように外光がフレークにより多重反射を起こし、黒が視覚される。
反対に、図6の(b)の右図のようにフレークが上側(表示面側の基板20側)に堆積しているときは、実施の形態1で説明したように外光がフレーク表面で正反射し、白が視覚される。
何れの場合にも、反射表示時には、バックライト3を使用しないので、消費電力は透過表示と比較して少ない。このため、低消費電力で白黒の表示を行うことができる。
このように、本実施の形態によれば、カラー表示を行う場合は、フレークを縦配向させて、バックライト3から光変調層30に入射する光が観察者に到達するようにすることで、カラーフィルタを設けなくても、カラー表示を行うことができる。これにより、低消費電力で白黒の表示を行うことができるのみならず、カラー表示を行う場合、カラーフィルタによる光の損失を抑えることができるため、バックライト3の消費電力を低減させることができる。
このように、本実施の形態によれば、カラー表示と白黒表示とを切り替えることができる表示装置1を実現することができる。
<変形例1>
なお、図7では、R・G・Bのバックライト3が、画素毎に固定で配置されている場合を例に挙げて図示した。しかしながら、本実施の形態は、これに限定されるものではない。
図8は、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示すさらに他の断面図である。
図8に示す表示装置1は、画素毎に、発光色の切り替えが可能なバックライト3を備えている。
このように、1画素でバックライト3の発光色を、R、G、またはBに切り替えることによっても、図7に示す表示装置1と同様の表示を行うことができる。
また、このように1画素でバックライト3の発光色を、R、G、またはBに切り替える場合、表示装置1に入力される映像信号に応じて、任意の領域で、バックライト3の発光色を、任意に切り替えることができる。
なお、本変形例でも、消費電力削減の観点から、バックライト3を使用しないとき、すなわち、反射表示を行う場合、画素毎にバックライト3を消灯してもよい。
<変形例2>
また、本実施の形態および上記変形例1では、バックライト3(バックライト3の光源)が、画素毎に設けられている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態および上記変形例1は、これに限定されるものではなく、同じ色を表示する複数の画素に対応する領域毎に、バックライト3(バックライト3の光源)が設けられていてもよい。
この場合、上記領域毎に、隣り合う領域から入射された光の混色を防止する仕切り41が設けられていればよい。
〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図9の(a)・(b)および図10に基づいて説明すれば以下の通りである。
なお、以下の説明では、主に、実施の形態1、2との相違点について説明するものとし、実施の形態1、2で説明した各構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<表示装置の概略構成>
図9の(a)・(b)および図9は、それぞれ、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示す断面図である。
なお、図9の(a)は、透過表示を行う場合における黒表示時およびR(赤)・G(緑)・B(青)表示時の断面図を示し、図9の(b)は、反射表示を行う場合における黒表示時およびR(赤)・G(緑)・B(青)表示時の断面図を示す。また、図9の(a)・(b)における右図および左図は、それぞれ、1画素の概略構成を示し、図10は、R(赤)・G(緑)・B(青)の3つの画素の概略構成を示している。
図9の(a)・(b)に示すように、本実施の形態にかかる表示装置1の基本的な構成は、例えば、実施の形態2にかかる表示装置1と同じである。
本実施の形態にかかる表示装置1は、形状異方性部材32の表面(反射面)に色を付けた点で、実施の形態2にかかる表示装置1と異なっている。
<形状異方性部材32>
本実施の形態で用いられる形状異方性部材32は、上述したように、表面が着色されている。なお、形状異方性部材32の表面は、色素含有樹脂や干渉膜等を設けることで着色されていてもよく、着色した部材により形状異方性部材32を形成することで着色されていてもよく、誘電体多層膜やコレステリック樹脂等により形成されていてもよい。
また、形状異方性部材32と媒体31との混合物を、インクジェットを用いて塗り分ける等の手法を用いることもできる。
本実施の形態では、画素毎に、形状異方性部材32を、赤、緑、または青に着色した。したがって、本実施の形態にかかる形状異方性部材32は、少なくとも、赤色に着色された形状異方性部材と、緑色に着色された形状異方性部材と、青色に着色された形状異方性部材とを含んで構成されている。
<仕切り41>
また、このような表示装置1では、図9の(a)・(b)および図10に示すように、異なる色の画素間に、実施の形態2で説明したような仕切り41がそれぞれ設けられていることが望ましい。
これにより、バックライト3からの透過光の混色を防止することができるとともに、異なる色に着色された形状異方性部材32の移動や偏りを防止することができ、良好なカラー表示を行うことができる。
次に、このような表示装置1を用いた場合の表示方法について説明する。なお、以下でも、形状異方性部材32としてフレークを用いた場合について説明する。
<透過表示>
本実施の形態において、透過表示時における表示装置1の動作は、実施の形態2と同じである。このため、本実施の形態では、透過表示時の説明については省略する。
なお、本実施の形態でも、バックライト3は、図7に示したように、各色(例えばR・G・B)のバックライト3が、画素毎に固定で配置されていてもよいし、図8に示したように、1画素でバックライト3の発光色を、例えば、R、G、またはBに切り替えてもよい。
なお、バックライト3から光変調層30に入射した入射光は、光変調層30内を直接透過するか、もしくは、フレークの反射面で反射した後に、入射光の入射側とは反対側である表示面側に向かって透過する。
何れの場合においても、仕切り41で仕切られた各領域における形状異方性部材32の表面の色と、バックライト3における発光色とは、同じ色であることが望ましい。これにより、バックライト3から光変調層30内に入射された光のうち、光変調層30内を直接透過する光の色と、フレークの反射面で反射した後に、表示面側に向かって透過する光の色とを一致させることができるため、良好なカラー表示を行うことができる。
<反射表示>
表示装置1を、低消費電力で、かつ、フルカラーで使用したい場合には、本実施の形態にかかる表示装置1のように、色付けしたフレークを用いた表示装置1により反射表示を行う。
この場合、図9の(b)の左図のようにフレークが横配向で下側(背面側の基板10側)に堆積しているときは、実施の形態1で説明したように外光がフレークにより多重反射を起こし、黒が視覚される。
一方、図9の(b)の左図のようにフレークが上側(表示面側の基板20側)に堆積しているときは、外光がフレーク表面で正反射を起こし、フレークの反射光が得られる。このとき、フレークの表面が着色されていることで、フレークによる着色表示を行うことができる。
以上のように、実施の形態2では、透過表示の場合のみカラー表示(フルカラー表示)が可能であったが、本実施の形態では、表面が着色されたフレークを用いることで、反射表示でもカラー表示(フルカラー表示)を行うことが可能となる。
また、本実施の形態によれば、反射表示時には、バックライト3を使用しないので、消費電力は透過表示と比較して少ない。このため、反射表示時に、バックライト3を使用することなく、低消費電力でカラー表示を行うことができる。
また、本実施の形態によれば、上述したように、透過表示であるか反射表示であるかに拘らず、カラーフィルタを設けなくても、カラー表示を行うことができる。これにより、カラー表示を行うに際し、カラーフィルタによる光の損失を抑えることができるため、何れの場合にも、バックライト3の消費電力を低減させることができる。
<変形例1>
なお、図9の(a)・(b)では、実施の形態2と同様に、バックライト3として、R色、G色、またはB色の発光色を有するバックライトを用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態は、これに限定されるものではなく、実施の形態1で説明したように、白色発光するLED(白色発光素子)を光源とするバックライト3を用いてもよい。
この場合、上述したように、反射表示時には、図9の(b)および図10に示すように黒またはカラーの表示が行われる一方、透過表示時には、図1の(a)に示すように、黒または白の表示が行われる。
このため、本変形例によれば、反射型の表示を行う場合にはカラー表示を行うことができるとともに、暗く視認性の悪い環境では白黒表示とすることで、明度を重視した表示を行うことができる。
<変形例2>
また、本実施の形態では、形状異方性部材32が、赤色に着色された形状異方性部材と、緑色に着色された形状異方性部材と、青色に着色された形状異方性部材とを含んで構成されている場合を例に挙げて説明した。
しかしながら、本実施の形態は、これに限定されるものではなく、赤色、緑色、青色に着色された形状異方性部材32に代えて、もしくは、これに加えて、シアン(C)に着色された形状異方性部材、マゼンタ(M)に着色された形状異方性部材、黄色(Y)に着色された形状異方性部材の少なくとも一部を含んでいてもよい。
〔実施の形態4〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図11および図12に基づいて説明すれば以下の通りである。
なお、以下の説明では、主に、実施の形態1〜3との相違点について説明するものとし、実施の形態1〜3で説明した各構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<表示装置の概略構成>
図11は、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示す断面図である。
なお、図11に示すように、本実施の形態にかかる表示装置1の基本的な構成は、実施の形態1〜3にかかる表示装置1と同じである。
本実施の形態にかかる表示装置1は、反射表示と透過表示を同時に行う点で、実施の形態1〜3にかかる表示装置1と異なっている。
なお、図11は、一例として、実施の形態2にかかる表示装置1において、反射表示と透過表示を同時に行う場合を例に挙げて図示している。
<表示方法>
以下に、このような表示装置1を用いた場合の表示方法について説明する。なお、以下でも、形状異方性部材32としてフレークを用いた場合について説明する。
図11に示す表示装置1は、低消費電力で綺麗なフルカラーを表示したい場合に適している。
実施の形態3では、透過表示のみならず反射表示でもフルカラーが可能であったが、反射表示のフルカラーは、透過表示のフルカラーと比較すると、性能が劣る。
そこで、本実施の形態では、白黒の部分は反射表示を行い、RGBの部分は透過表示を行う。
このため、本実施の形態では、例えば画素毎もしくは各色の画素毎に、バックライト3の光源として例えばLED等の点状光源を用いてエリアアクティブ駆動を行い、反射表示と透過表示とを同時に行う。
このとき、白黒の部分はバックライト3を消灯し、RGBの部分はバックライト3を点灯する。これにより、消費電力を抑えつつ綺麗なフルカラー表示を行うことができる。
なお、本実施の形態でも、バックライト3は、図7に示したように、各色(例えばR・G・B)のバックライト3が、画素毎に固定で配置されていてもよいし、図8に示したように、1画素でバックライト3の発光色を、例えば、R、G、またはBに切り替えてもよい。
<駆動方法>
以下に、本実施の形態にかかる表示装置1の駆動方法について説明する。なお、以下では、形状異方性部材32としてフレークを使用し、バックライト3の光源としてLEDを使用し、表示パネル2のスイッチング素子としてTFTを用いた場合を例に挙げて説明する。
図12は、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示すブロック図である。
本実施の形態にかかる表示装置1は、図12に示すように、表示パネル2、バックライト3、映像IC(Integrated Circuits:集積回路)4、表示パネル用駆動回路5、バックライト用駆動回路6を備えている。
映像信号が表示装置1に入力されると、この映像信号(入力画像)に基づいてエリアアクティブ処理がなされる。
このとき、映像IC4は、映像IC4に送られた映像信号における輝度信号および色信号から、白、黒、およびR、G、Bを判定し、表示パネル用駆動回路5およびバックライト用駆動回路6に、それぞれ制御信号を送信することで、フレークの配向、並びに、LEDのONとOFFとを切り替える。
表示パネル用駆動回路5は、各画素のTFTに送られる、映像信号に基づく制御信号に応じて、各画素に対応した電極12・22に印加する電圧の周波数並びに電極12・22に帯電する電荷の極性を切り替える。
バックライト用駆動回路6は、各LEDに送られる、映像信号に基づく制御信号(点灯制御信号)に応じて、LEDを、白黒表示を行うか、カラー表示を行うかに応じてONまたはOFFすることで、入力画像に対して、各LEDを各々独立してONまたはOFFする。
バックライト3における発光面は、マトリクス状に、例えばM行×N列の分割照明領域3a(発光部)に区分されており、分割照明領域3a毎に、点灯・消灯がなされる。すなわち、本実施の形態では、バックライト3に、導光板として、例えばタンデム導光板等のようにエリア分割された導光板を使用し、エリア毎(つまり、分割照明領域3a)にLEDをONまたはOFFしている。
一方、表示パネル2は、バックライト3の分割照明領域3aに対応する分割表示領域2aに仮想的に分割することができる。なお、上記分割照明領域3aおよび分割表示領域2aは、表示パネル2における1画素の整数倍(1倍以上)に対応していることが好ましく、上述したように、例えば、画素毎または各色の画素毎に分割される。
この場合、仕切り41は、基板10・20に垂直な方向から見たときに、光変調層30における、上記バックライト3の各分割照明領域3aの境界部分に対応する領域(すなわち、隣り合う画素間、あるいは、同じ色の複数の画素に対応する領域間)に設けられていればよい。
なお、図12では、説明の便宜上、バックライト用駆動回路6を、駆動回路の一つとしてバックライト3とは別に図示している。しかしながら、バックライト用駆動回路6は、バックライト3とは別に設けられていてもよく、バックライト3と一体的に設けられていてもよい。
上記表示装置1では、白黒を表示させる場合、表示パネル用駆動回路5から、表示パネル2における、ある画素(分割表示領域2a)のTFTに、フレークを横配向にする制御信号が送られると同時に、バックライト用駆動回路6から、該画素(分割表示領域2a)の下に配されたLED(上記分割表示領域2aに対応する分割照明領域3aに配されたLED)に、該LEDをOFFにする制御信号が送られる。
一方、RGBを表示させる場合、表示パネル用駆動回路5から、表示パネル2における、ある画素(分割表示領域2a)のTFTに、フレークを縦配向にする制御信号が送られると同時に、バックライト用駆動回路6から、該画素(分割表示領域2a)の下に配されたLED(上記分割表示領域2aに対応する分割照明領域3aに配されたLED)に、該LEDをONにする制御信号が送られる。
これにより、本実施の形態によれば、反射表示と透過表示とを同時に行うことができる。
このようにTFTで制御信号を送ることで配向を切り替える場合、例えば縦配向(交流)から横配向(直流)に切り替える場合は、対向する電極(共通電極22)にオフセット電圧、好ましくは交流で印加する最大電圧よりも低いオフセット電圧を印加し、交流で印加する電圧の強度(振幅)を変えることにより、実質的に交流と直流とを切り替える(直流成分と交流成分の大小関係を調節する)ことができる。また、横配向のままでフレークの位置を基板20(上基板)と基板10(下基板)とで切り替える(つまり、白と黒とを切り替える)場合は、オフセット電圧の極性を反転させることで、実質的に直流の極性を切り替えることができる。
<変形例>
なお、本実施の形態では、実施の形態2にかかる表示装置1において、反射表示と透過表示とを同時に行う場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、実施の形態1、3、あるいは、上述した各変形例にかかる表示装置1において、エリアアクティブ駆動を行って、反射表示と透過表示とを同時に行ってもよい。
例えば、図11に示す表示装置1では、低消費電力で綺麗なフルカラーを表示するために、透過表示のフルカラーと比較して性能が劣る反射表示のフルカラーを使用せず、白黒の部分は反射表示を行い、RGBの部分は透過表示を行ったが、消費電力をできるだけ抑えるために、実施の形態3の変形例にかかる表示装置1において、反射表示と透過表示とを同時に行ってもよい。
この場合、図9の(b)の右図および左図に示すように、黒の部分およびカラーの部分(例えばRGBの部分)は反射表示を行い、白の部分は、図1の(a)の右図に示すように透過表示を行うことで、低消費電力に重点をおいたフルカラー表示を行うことができる。
但し、実施の形態2にかかる表示装置1において、反射表示と透過表示とを同時に行う場合には、例えば、表示装置1に入力される映像信号に応じて、1つの分割照明領域3a(例えば1画素)でバックライト3の発光色を、R、G、またはBに切り替える場合、表示装置1に入力される映像信号に応じて、バックライト3の発光色を任意に切り替えることができる。
〔実施の形態5〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図13に基づいて説明すれば以下の通りである。
なお、以下の説明では、主に、実施の形態1〜4との相違点について説明するものとし、実施の形態1〜4で説明した各構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<表示装置の概略構成>
図13は、本実施の形態にかかる表示装置1の要部の概略構成を示す断面図である。
なお、図13に示すように、本実施の形態にかかる表示装置1の基本的な構成は、実施の形態1〜4にかかる表示装置1と同じである。
本実施の形態にかかる表示装置1は、各画素に、R、G、Bのカラーフィルタ23を配置してフルカラー表示を行う点で、実施の形態1〜4にかかる表示装置1と異なっている。
カラーフィルタ23を使用することで、形状異方性部材32が着色されているか否か、あるいは、R、G、Bの発光色を有する光源を使用するか否かに拘らず、簡素な構成で、綺麗なフルカラー表示を行うことができる。
なお、本実施の形態にかかる上記構成は、実施の形態1〜4およびその変形例の何れの構成にも適用することができる。
したがって、図13は、透過表示においてフレークを縦配向させた場合を例に挙げて図示しているが、各画素に、R、G、Bのカラーフィルタ23が設けられている点を除けば、実施の形態1〜4と同じ説明が適用される。但し、1つの分割照明領域3a(例えば1画素)内でバックライト3の発光色を、R、G、またはBに切り替える場合には、カラーフィルタ23を配置することはできない。
また、バックライト3のR、G、Bの色と、カラーフィルタ23のR、G、Bの色とは、同じ色の組み合わせにする必要がある。また、形状異方性部材32(フレーク)の表面を着色する場合には、バックライト3のR、G、Bの色と、カラーフィルタ23のR、G、Bの色と、形状異方性部材32(フレーク)の色とを合わせる必要がある。
なお、図13では、基板20における表示面側(すなわち、光変調層30とは反対側の表面)にカラーフィルタ23を設けた場合を例に挙げて図示したが、カラーフィルタ23の位置は、これに限定されるものではなく、例えば、透過表示にカラー表示を行うか、反射表示時にカラー表示を行うかによって、基板20における、絶縁基板21と電極22との間に設けられていてもよく、基板20における、光変調層30側の表面に設けられていてもよく、基板10側に設けられていてもよい。
但し、表示面側の基板20にカラーフィルタ23を設けることで、フレークを基板20側に配向させてカラー表示を行う場合、光変調層30とカラーフィルタ23との間に発生する視差を抑制することができるため、高品位のカラー表示を実現することができる。
<変形例>
なお、上記各実施の形態にかかる表示装置1は、上述した構成に限定されるものではなく、以下の構成とすることもできる。なお、以下の説明では、特定の基板の構成並びに特定の基板の配置を例に挙げて説明しているが、基板の構成並びに配置は、種々変更することが可能である。
(電圧印加方法について)
電極12・22間への電圧印加方法は、直流と交流とで切り替える構成に限定されず、対向する電極(共通電極)にオフセット電圧、好ましくは交流で印加する最大電圧よりも低いオフセット電圧を印加し、交流で印加する電圧の強度(振幅)を変えることにより、実質的に交流と直流とを切り替える構成(直流成分と交流成分の大小関係を調節する構成)としてもよい。
また、上述した各実施の形態に記載の表示装置1では、電極12・22間に印加する交流電圧の大きさおよび周波数、フレークのサイズ等により、中間調表示を行うことができる。例えば、大きさの異なるフレークを混在させることにより、フレークの大きさに応じて、各フレークの回転角度を変えることができる。これにより、交流電圧の大きさおよび周波数に応じて、光透過率を制御(中間調表示)することができる。
(基板)
また、上述した各実施の形態では、表示面側の基板および背面側の基板のうち少なくとも一方の基板に、アクティブマトリクス基板を用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上記表示パネル2の構成は、これに限定されるものではない。
単純には、駆動層を挟持する基板の内側全面に、電極として、ITOやアルミ蒸着層等の導電性の電極膜からなるベタ状電極および櫛歯状電極を形成してもよく、セグメント表示やパッシブ表示可能なように電極をパターニングしてもよい。また、上述したように、TFT基板等のアクティブマトリクス基板を少なくとも一方の基板に設けてもよい。
また、基板の電極上には、導電性、絶縁性および半導体の何れかの膜を形成してもよく、これらの膜を設けなくてもよいが、このような膜を形成するか否か、また、形成する場合に、何れの膜を形成するかは、媒体31や形状異方性部材32(フレーク等)の物性により、最適に設計される。
例えば、媒体31に炭酸プロピレンを使用し、形状異方性部材32にアルミニウムフレークを使用した場合、ITO膜上にSiO膜を1000Å設けた、セル厚約80μmのセルを用いたときは、60Hzの電界を印加したときには約5Vでフレークが縦配向するが、直流を5V印加しても、電圧印加による横配向への回転は見られなかった。一方、ITO膜上に膜を形成しない、セル厚約80μmのセルを用いたときは、60Hzの電界を印加したときには、約5Vでフレークが縦配向し、直流を5V印加することで、フレークは片側の基板に貼り付くように横配向した。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、また、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の表示装置は、半透過型の表示装置として、携帯電話、PDA、デジタルカメラ等のモバイル機器における表示装置に好適に利用することができる。
1 表示装置
2 表示パネル
2a 分割表示領域
3 バックライト
3a 分割照明領域
4 映像IC
5 表示パネル用駆動回路
6 バックライト用駆動回路
10 基板
11 絶縁基板
12 電極
20 基板
21 絶縁基板
22 電極
23 カラーフィルタ
30 光変調層
31 媒体
32 形状異方性部材
33 電源回路
33a 交流電源
33b 直流電源
33c 直流電源
34 スイッチ

Claims (15)

  1. 表示パネルとバックライトとを備え、外光から入射された光を反射して表示を行う反射表示と、上記バックライトから照射された光を透過して表示を行う透過表示とを切り替えて表示を行う半透過型の表示装置であって、
    上記表示パネルは、
    第1の電極を有する第1の基板と、
    第2の電極を有し、上記第1の基板に対向して配された第2の基板と、
    反射面を有し、かつ、回転することで基板の法線方向から見た投影像の面積が変化する複数の形状異方性部材を含み、上記第1の基板と第2の基板との間に挟持された光変調層とを有し、
    上記第1および第2の電極間に印加する電圧の周波数を変化させて上記形状異方性部材を回転させることにより上記光変調層に入射された光の透過率を制御するとともに、
    上記形状異方性部材を、上記第1および第2の基板のうち一方の基板に隣接し、かつ、該基板に隣接する形状異方性部材の長軸が上記基板に平行になるように配向させたときに、上記光変調層に入射された光を上記形状異方性部材で多重反射させて黒を表示することを特徴とする表示装置。
  2. 上記光変調層は、上記形状異方性部材を上記一方の基板上に敷き詰めたときに少なくとも2層積層される量の形状異方性部材を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 上記第1および第2の電極間に印加する電圧を、周波数が0Hzとなる直流または予め設定された第1の閾値以下の低周波数と、予め設定された第2の閾値以上の高周波数とで切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 上記形状異方性部材は、その長軸が、上記第1および第2の電極間に印加する電圧が直流または上記第1の閾値以下の低周波数のときは上記第1および第2の基板に平行になるように配向し、上記第1および第2の電極間に印加する電圧が上記第2の閾値以上の高周波数のときは上記第1および第2の基板に垂直になるように配向することを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 上記形状異方性部材が帯電性を有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の表示装置。
  6. 上記形状異方性部材は、上記第1および第2の基板のうち、上記形状異方性部材に帯電した電荷の極性と逆極性の電荷が帯電された電極を有する基板に隣接して配向するとともに、
    上記第1の電極に帯電する電荷の極性と上記第2の電極に帯電する電荷の極性とを切り替えることで、上記形状異方性部材が隣接して配向する基板を、上記第1の基板と第2の基板とで切り替えることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 透過表示時および反射表示時に、上記形状異方性部材を、上記第1および第2の基板のうち何れか一方の基板に隣接して配向させて多重反射させることで、上記形状異方性部材の配向のみで反射表示時および透過表示時にともに黒を表示させることを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
  8. 上記バックライトの発光面は、複数の分割照明領域に区分されており、各分割照明領域に光源が配置されていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の表示装置。
  9. 上記各分割照明領域に、上記光源として、各色に発光する光源が配置されていることを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
  10. 上記光源は、単色発光する光源であることを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
  11. 分割照明領域毎に発光色を切り替えることを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
  12. 上記基板に垂直な方向から見たときに、上記光変調層における、上記バックライトの各分割照明領域の境界部分に対応する領域に仕切りが設けられていることを特徴とする請求項8〜11に記載の表示装置。
  13. 上記形状異方性部材が着色されていることを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の表示装置。
  14. 上記バックライトをエリアアクティブ駆動することで、透過表示と反射表示とを同時に行うことを特徴とする請求項8〜13の何れか1項に記載の表示装置。
  15. 上記表示パネルにおける各画素に、カラーフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1〜14の何れか1項に記載の表示装置。
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