JP2015200679A - 表示パネルおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で光利用効率を高めることができる表示パネルおよび表示装置を提供する。
【解決手段】表示パネル２の基板１０・２０間の光変調層３０は、極性溶媒３１ａと無極性溶媒３１ｂと親水性の形状異方性部材３２とを含み、親水性の基板２０は極性溶媒３１ａに接し、疎水性の基板１０は無極性溶媒３１ｂに接し、光変調層３０への印加電圧を変化させて、形状異方性部材３２光変調層３０における配置を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は表示パネルおよび表示装置に関する。

従来の液晶表示パネルは、主に、一対のガラス基板と、両基板の間に設けられる液晶層と、それぞれのガラス基板に設けられる電極と、それぞれのガラス基板に貼り付けられる偏光板とを備えている。このような液晶表示パネルでは、当該液晶表示パネルに入射された入射光（外光）が偏光板および液晶層を通過し、反射部材によって反射して画像の表示を行うが、入射光は、液晶表示パネルに入射され、表示画面に到達するまでに、吸収、反射によりその多くが失われ、光利用効率の低下の原因となっている。特に、偏光板における光の損失が光利用効率の低下に大きな影響を与えている。

特許文献１には、ディスプレイ表面を形成する透明電極と、複数個の後部電極と、懸濁流体とを含み、当該懸濁流体には、少なくとも１つが鏡面反射する複数の粒子を含み、媒体へ電界が適用されると電界を通して粒子が移動する電気泳動ディスプレイが記載されている。

図８の（ａ）および（ｂ）は、従来の電気泳動ディスプレイの概略構成を示す断面図である。特許文献１の技術では、懸濁流体は、図８の（ａ）の位置に粒子１０８があるとき、つまり、観察者から遠い位置（基板１１４側）に粒子１０８があるとき、当該粒子が、観察者に見えないように着色されている。これにより、懸濁流体は、光を吸収する。一方、電気泳動媒体１０２に図８の（ａ）と逆極性の電圧を印加することにより、図８の(ｂ)に示すように、粒子１０８は観察者に近い位置（透明電極１１０側）に移動し、光を反射等する。この構成によれば、粒子１０８の反射特性に指向性を持たせている。

米国特許第７３１２９１６号明細書（２００７年１２月２５日）

しかし、特許文献１の技術では、反射光の強さを変調するために、粒子が見えないように着色した媒体内で粒子を移動させている。白（反射状態）を表示するためには、着色した媒体の影響を受けないように、反射する粒子と観察者側の面（表示面）との間の着色した媒体を完全に除去しなければならないが、このような処理を施すことは非常に困難である。よって、観察者は十分な明るさが得られないという問題がある。

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、簡易な構成で光利用効率を高めることができる表示パネルおよび表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る表示パネルは、互いに対向配置される、背面側の第１基板および表示面側の第２基板と、上記第１および第２基板の間に配され、入射された光の反射率を制御する光変調層と、を備え、上記光変調層は、極性溶媒と、無極性溶媒と、親水性または疎水性または両親媒性の性質を有する複数の形状異方性部材とを含み、上記第１および第２基板のうちの一方は、親水性の性質を有するとともに、上記極性溶媒に接しており、上記第１および第２基板のうちの他方は、疎水性の性質を有するとともに、上記無極性溶媒に接しており、上記極性溶媒および上記無極性溶媒のうち、上記第１基板に接している溶媒は、光を吸収する性質を有し、上記光変調層に印加する電圧を変化させることにより、上記形状異方性部材の上記光変調層における配置を変化させることを特徴としている。

上記の構成によれば、光変調層に電圧を印加していないときは、形状異方性部材が親水性の場合は、形状異方性部材を極性溶媒中に配向（横配向）させることができ、形状異方性部材が疎水性の場合は、形状異方性部材を無極性溶媒中に配向（横配向）させることができる。また、光変調層に電圧を印加すると、形状異方性部材が親水性または疎水性の場合は、形状異方性部材の光変調層における配置を変化させることができる。例えば、第１基板に接している溶媒中に納める、または、形状異方性部材の長軸が第１および第２基板に垂直な方向になるように配向（縦配向）させることができる。

このように、親水性の基板と疎水性の基板の間に配される形状異方性部材を、親水性または疎水性にすることにより、電圧無印加時に極性溶媒または無極性溶媒中に納めることができるため、表示パネルは、入射した光を第１基板に接している溶媒の影響を受けずに好適に利用することができる。また、電圧印加時に形状異方性部材の光変調層における配置を変化させることができるため、入射した光を、第１基板に接している溶媒に吸収させることができる。

また、形状異方性部材が両親媒性の場合、光変調層に電圧を印加することにより、当該形状異方性部材が、極性溶媒中または無極性溶媒中に配向し、逆極性の電圧を印加することにより、極性溶媒中に配向していた形状異方性部材は、無極性溶媒中に配向し、無極性溶媒中に配向していた形状異方性部材は、極性溶媒中に配向する。

また、親水性の基板と疎水性の基板の間に配される形状異方性部材を、両親媒性にすることにより、光変調層に電圧を印加することによって、第２基板に接している溶媒（極性溶媒または無極性溶媒）に納めることができるため、表示パネルは、入射した光を第１基板に接している溶媒の影響を受けずに好適に利用することができる。また、逆極性の電圧印加時に、形状異方性部材の光変調層における配置を変化させることができるため、入射した光を、第１基板に接している溶媒に吸収させることができる。

よって、簡易な構成で光利用効率の高い表示パネルを実現することができる。

また、上記表示パネルでは、上記第１基板に接している溶媒は、黒色色素を含んでいることが好ましい。

これにより、好適に黒色表示を行うことができる。

また、上記表示パネルでは、上記形状異方性部材が親水性を有する場合は、上記形状異方性部材は、その長軸が上記第１および第２基板に平行になるように配向したときに、上記極性溶媒中に納まっており、上記形状異方性部材が疎水性を有する場合は、上記形状異方性部材は、その長軸が上記第１および第２基板に平行になるように配向したときに、上記無極性溶媒中に納まっており、上記形状異方性部材が両親媒性を有する場合は、上記形状異方性部材は、その長軸が上記第１および第２基板に平行になるように配向したときに、上記極性溶媒中または上記無極性溶媒中に納まっている構成とすることもできる。

これにより、横配向時に、極性溶媒または無極性溶媒中に納まる位置で安定させることができる。

また、上記表示パネルでは、上記形状異方性部材が親水性を有する場合は、上記極性溶媒の層厚は、上記無極性溶媒の層厚よりも小さく、上記形状異方性部材が疎水性を有する場合は、上記無極性溶媒の層厚は、上記極性溶媒の層厚よりも小さい構成とすることもできる。

上記表示パネルでは、上記光変調層は、上記光変調層に電圧を印加したときは光を吸収し、上記光変調層に印加する電圧を０にしたときは光を反射する構成とすることもできる。

上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、上記光変調層に印加する電圧を変化させることにより、上記第１および第２基板への投影面積を変化させる構成とすることもできる。

上記形状異方性部材が帯電性を有することが好ましい。

これにより、界面張力による力と、電気泳動力とを利用することができるため、形状異方性部材の応答速度を上げることができる。

上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、親水性または疎水性の性質を有し、上記形状異方性部材が親水性を有する場合は、上記第１および第２基板のうち親水性を有する基板にリブが形成されており、上記形状異方性部材が疎水性を有する場合は、上記第１および第２基板のうち疎水性を有する基板にリブが形成されていることが好ましい。

また、上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、両親媒性の性質を有し、上記第１および第２基板のうち少なくとも何れか一方にリブが形成されていてもよい。

これにより、重力や電圧印加による凝集等によりフレーク密度に偏りが生じることを防止することができる。

また、上記表示パネルでは、上記リブは、格子状または島状に形成されていることが好ましい。

また、上記表示パネルでは、上記リブの高さは、上記光変調層の厚みと略同一であることが好ましい。

これにより、リブを、第１基板および第２基板の間の距離を保持するスペーサとして機能させることができる。

また、上記表示パネルでは、上記リブの高さは、５ｕｍ以下であることが好ましい。

これにより、リブの幅を非常に狭く設定できるため、フレークが存在しない領域を低減することができる。

上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、金属、半導体、誘電体、誘電体多層膜、またはコレステリック樹脂により形成されていることが好ましい。

また、上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、金属からなり、照射された光を反射する構成とすることもできる。

これにより、反射表示を行うことができる。

また、上記表示パネルでは、上記形状異方性部材が着色されていてもよい。

上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、フレーク状、円柱状、球状または楕円球状に形成されていることが好ましい。

上記表示パネルでは、上記形状異方性部材は、フレーク状に形成されているとともに、凹凸面を有する構成とすることもできる。

また、上記表示パネルを備えた表示装置も本発明の範疇に含まれる。これにより、いわゆる反射型の表示装置を実現することができる。

本発明の表示パネルは、互いに対向配置される、背面側の第１基板および表示面側の第２基板と、上記第１および第２基板の間に配され、入射された光の反射率を制御する光変調層と、を備え、上記光変調層は、極性溶媒と、無極性溶媒と、親水性または疎水性または両親媒性の性質を有する複数の形状異方性部材とを含み、上記第１および第２基板のうちの一方は、親水性の性質を有するとともに、上記極性溶媒に接しており、上記第１および第２基板のうちの他方は、疎水性の性質を有するとともに、上記無極性溶媒に接しており、上記極性溶媒および上記無極性溶媒のうち、上記第１基板に接している溶媒は、光を吸収する性質を有し、上記光変調層に印加する電圧を変化させることにより、上記形状異方性部材の上記光変調層における配置を変化させることを特徴としている。

よって、簡易な構成で光利用効率の高い表示パネルを実現することができる。

（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１に係る表示装置の概略構成を示す断面図である。 （ａ）は、図１の（ａ）における光の進行状態を示す図であり、（ｂ）は、図１の（ｂ）における光の進行状態を示す図であり、（ｃ）は、フレークと無極性溶媒との間に生じる界面張力により、フレークが極性溶媒に移動する様子を示す図である。 フレークが黒色媒体に潜り込まない程度の電圧を表示パネルに印加した際における、フレークの位置の一例を示す図である。 フレークが帯電する極性と逆極性の電圧を観察者側の電極に印加した際における、フレークの位置の一例を示す図である。 （ａ）は、格子状のリブを示す斜視図であり、（ｂ）は、アイランド状のリブを示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施の形態２に係る表示装置の概略構成を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施の形態３に係る表示装置の概略構成を示す断面図であり、（ｃ）は、フレークと無極性溶媒との間に生じる界面張力により、フレークが回転する様子を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の電気泳動ディスプレイの概略構成を示す断面図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態１に係る表示装置について、図面を用いて説明する。

図１の（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１に係る表示装置１の概略構成を示す断面図である。表示装置１は、表示パネル２と、駆動回路（図示せず）とを備え、表示パネル２に入射された外光（入射光）を反射して表示を行う反射型の表示装置である。

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。基板１０（第１基板）は表示パネル２の背面側に配され、基板２０（第２基板）は表示面側（観察者側）に配されている。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。

（基板）
基板１０・２０は、それぞれ、例えば透明なガラス基板からなる絶縁基板１１・２１と、電極１２（第１電極）・２２（第２電極）とを備えている。

基板１０の少なくとも光変調層３０と接する側には、疎水性処理が施され、基板２０の少なくとも光変調層３０と接する側には、親水性処理が施されている。基板１０を疎水性処理することにより、基板１０は、光変調層３０に封入される極性溶媒と無極性溶媒とのうち、無極性溶媒に接するようになる。具体的な疎水性処理の方法としては、例えば、テフロン（登録商標）ＡＦ（デュポン株式会社）やサイトップ（旭硝子株式会社）等のフッ素樹脂をスピンコートする方法や、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりパリレン膜を形成する方法を用いることができる。

また、基板２０を親水性処理することにより、基板２０は、光変調層３０に封入される極性溶媒と無極性溶媒とのうち、極性溶媒に接するようになる。具体的な親水性処理の方法としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の無機酸化物膜等を真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ゾルゲル法、コーティング法等により成膜する方法や、極性基を有するシランカップリング剤等で表面処理する方法を用いることができる。

なお、基板２０に疎水性処理が施され、基板１０に親水性処理が施されていてもよい。

上記のように、本発明の表示装置は、一対の基板のうちの一方が、親水性の性質を有するとともに極性溶媒に接しており、一対の基板のうちの他方が、疎水性の性質を有するとともに無極性溶媒に接している構成を有している。

また、基板１０・２０は、光変調層３０を挟持する内側に、ＩＴＯやアルミ蒸着層等の導電性の電極膜を全面に形成してもよいし、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し、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）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。以下では、一例として、基板１０がアクティブマトリクス基板を構成する場合を説明する。

具体的には、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）、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；「ＴＦＴ」）、および絶縁膜を備え、これらの上に、電極１２（画素電極）を備えている。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。

基板２０は、絶縁基板２１上に、電極２２（共通電極）を備えている。

基板１０に形成される電極１２、および基板２０に形成される電極２２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、酸化亜鉛、酸化スズなどの透明導電膜により形成されている。また、電極１２は画素ごとに形成されており、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、画素ごとに形成されていてもよい。

また、電極１２・２２のうち、外光を入射する方の基板（表示パネル２の表示面側に配された基板）に形成された電極（図１においては電極２２）は、透明な電極（透明電極）により形成されている。また、表示パネル２の背面側に配された基板に形成された電極（図１においては電極１２）は、透明電極により形成されてもよいし、透明でない電極により形成されてもよい。

（光変調層）
光変調層３０は、電極１２・２２間に設けられ、媒体（極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂ）と、媒体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、電極１２・２２に接続された電源３３により電圧が印加され、印加電圧の大きさに応じて、外部から光変調層３０に入射された入射光（外光）の反射率を変化させる。

（形状異方性部材）
形状異方性部材３２は、媒体中で正または負の帯電性を有する部材である。具体的には、例えば、電極や媒体等と電子のやり取りが可能な部材や、四級アンモニウムを含むポリマー等で被覆した部材、イオンを選択的に補足するようなポリエチレンオキシド等で被覆した部材、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の形状は、例えば、フレーク状、円柱状、球状、あるいは楕円球状等を採用することができる。また、形状異方性部材３２は、可視光を反射する性質を有し、例えば、アルミニウム、銀等の金属により形成されてもよいし、非金属に上記金属を蒸着させたものであってもよい。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。また、形状異方性部材３２の材質は、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。さらに、形状異方性部材３２は着色されていてもよい。

また、形状異方性部材３２の比重は、１１ｇ／ｃｍ³以下であることが好ましく、３ｇ／ｃｍ³以下、さらには媒体（極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂ）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、形状異方性部材３２は、その表面に、親水性処理または疎水性処理が施されている。表面処理の方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、親水性処理の方法としては、ゾルゲル法により二酸化ケイ素で被覆する方法を用いることができ、疎水性処理の方法としては、上記のフッ素樹脂をディップコートにより被覆する方法を用いることができる。なお、形状異方性部材３２に表面処理を行わず、形状異方性部材３２自体を、親水性部材または疎水性部材で形成してもよい。例えば、親水性部材としては酸化アルミニウムを用いることができ、疎水性部材としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）を用いることができる。上記のように、形状異方性部材３２は、親水性または疎水性の性質を有している。なお、図１では、形状異方性部材３２が親水性の性質を有する場合を示している。

ここで、形状異方性部材３２としてフレークを用いたときは、その厚みが１ｕｍ以下であることが好ましく、さらには０．１ｕｍ以下であることがより好ましい。フレークの厚みが薄い場合、フレークに入射した光が別のフレークに多重反射する可能性が低くなるため、反射率の高い表示を得ることができる。

また、形状異方性部材３２の形状が球に近い形状である場合、当該形状異方性部材３２が電気泳動するときの抵抗を低くすることができるため、より高速な応答が可能になる。

さらに、フレークとして金属片を用いた場合、金属片のサイズを、例えば平均径２０ｕｍ以下で形成したり、フレークの表面を、光散乱性を有するように凹凸状に形成したり、フレークの輪郭を凹凸の激しい形状（凹凸面を有する形状）にすることにより、反射光が散乱し、白表示を得ることができる。

（媒体）
媒体は、親水性の基板２０に接する極性溶媒３１ａと、疎水性の基板１０に接する無極性溶媒３１ｂとで構成されている。極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂうち、観察者側に配されている方は、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などを用いることができる。また、極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂのうち、表示パネルの背面側に配されている方（観察者から遠い方の溶媒）は、フレークが反射可能な波長の光を吸収する材料（例えば、黒色色素等）を溶解させたものを用いることができる。黒色色素を極性溶媒３１ａに溶解させる場合には、黒色色素として、例えば、ＢＯＮＪＥＴ（登録商標） ＢＬＡＣＫ ＣＷ−１（オリヱント科学工業株式会社）等の水溶性顔料やＷＡＴＥＲ ＢＬＡＣＫ ３１（オリヱント科学工業株式会社）等の水溶性染料を用いることができる。黒色色素を無極性溶媒３１ｂに溶解させる場合には、黒色色素として、Ｓａｖｉｎｙｌ（登録商標） Ｂｌａｃｋ ＲＬＳＮ（Ｃｌａｒｉａｎｔ）等の油溶性染料を用いることができる。

また、極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂは、互いに比重が等しく、あるいは同等であり、さらに、形状異方性部材３２の比重と等しい、あるいは同等であることが好ましい。極性溶媒３１ａと無極性溶媒３１ｂとの比重を等しくすることによって、表示装置１をどのような向きに保持しても、極性溶媒３１ａの層の構成と無極性溶媒３１ｂの層の構成とを安定して維持することができる。

また、極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂは、セル（光変調層３０）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、極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂ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い。

また、極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂ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、極性溶媒３１ａとしては、水や、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコールなどの有機溶媒や、イオン液体、あるいはそれらの混合物などを用いることができ、無極性溶媒３１ｂとしては、シリコーンオイル、脂肪系炭化水素などを用いることができる。

なお、図１では、観察者側に配されている方の溶媒が極性溶媒３１ａであり、表示パネル２の背面側に配されている方の溶媒が無極性溶媒３１ｂである場合を示している。

上記のように、表示パネル２は、電源３３と、親水性の形状異方性部材３２と、親水性の基板に接する極性溶媒３１ａと、疎水性の基板に接する無極性溶媒３１ｂとを有している。また、観察者から遠い側にある溶媒は、光を吸収する性質を有しており、例えば、黒色色素を含んでいる。この構成によれば、光変調層３０に電圧を印加していないときは、形状異方性部材３２は、極性溶媒３１ａ中に分散した状態で一定の狭い領域に閉じ込められる。なお、形状異方性部材３２が疎水性である場合は、光変調層３０に電圧を印加していないときは、形状異方性部材３２は、無極性溶媒３１ｂ中に分散した状態で一定の狭い領域に閉じ込められる。

ここで、極性溶媒３１ａの割合（層厚）と、無極性溶媒３１ｂの割合（層厚）とは異なっていることが好ましい。

例えば、形状異方性部材３２が親水性である場合（図１の（ａ））は、極性溶媒３１ａの割合（層厚）を、無極性溶媒３１ｂの割合（層厚）より小さくする。このときの極性溶媒３１ａの層厚は１ｕｍ以下が好ましく、さらに形状異方性部材３２の厚みあるいは形状異方性部材３２の数個分の厚みになるように設定することが好ましい。形状異方性部材３２は、狭い極性溶媒３１ａ中に納まるような位置で安定して配向する。形状異方性部材３２としてフレークを用いたときは、フレークは親水性の基板（図１では基板２０）に貼り付くように配向（以下、横配向ともいう）する。これにより、フレークとして金属等の可視光反射部材を用いた場合、光変調層３０へ入射された入射光（外光）は、フレークにより反射されるため、当該入射光の反射状態が得られる。

また、形状異方性部材３２が疎水性である場合は、無極性溶媒３１ｂの割合（層厚）を、極性溶媒３１ａの割合（層厚）より小さくする。このときの無極性溶媒３１ｂの層厚は１ｕｍ以下が好ましく、さらに形状異方性部材３２の厚みあるいは形状異方性部材３２の数個分の厚みになるように設定することが好ましい。形状異方性部材３２は、狭い無極性溶媒３１ｂ中に納まるような位置で安定して配向する。形状異方性部材３２としてフレークを用いたときは、フレークは疎水性の基板に貼り付くように配向（横配向）する。これにより、フレークとして金属等の可視光反射部材を用いた場合、光変調層３０へ入射された入射光（外光）は、フレークにより反射されるため、当該入射光の反射状態が得られる。

（光変調層による光の反射率の制御方法）
次に、光変調層３０による光の反射率の制御方法について具体的に説明する。ここでは、形状異方性部材３２として、親水性のフレークを用いた場合について説明する。また、形状異方性部材３２は、媒体中で負に帯電しているとする。また、無極性溶媒３１ｂは黒色に着色されているとする。

図２の（ａ）は、図１の（ａ）における光の進行状態を示す図であり、図２の（ｂ）は、図１の（ｂ）における光の進行状態を示す図であり、図２の（ｃ）は、フレークと無極性溶媒３１ｂとの間に生じる界面張力により、フレークが極性溶媒３１ａに移動する様子を示す図である。

光変調層３０に、電源３３から直流電圧を印加していないときは、図２の（ａ）に示すように、フレークは極性溶媒３１ａ中に分散した状態で一定の狭い領域に閉じ込められる。すなわち、フレークは、極性溶媒３１ａ中に納まる位置（極性溶媒３１ａの中）で安定し、親水性の基板２０に貼り付くように配向（横配向）する。これにより、光変調層３０へ入射された入射光（外光）は、フレークにより反射され、反射表示（白表示）が行われる。

光変調層３０に、電源３３から直流電圧を印加すると、電気泳動力により、図２の（ｂ）に示すように、フレークは、黒色に着色された無極性溶媒３１ｂ（黒色媒体とも呼ぶ）に潜り込む。これにより、光変調層３０へ入射された入射光は、無極性溶媒３１ｂの色素によって吸収される。よって、観察者からは、無極性溶媒３１ｂの黒色が観察される（黒表示）。

図２の（ｂ）において光変調層３０への印加電圧を無印加にする（電圧を０にする）と、フレークと無極性溶媒３１ｂとの間に生じる界面張力により、フレークは、図２の（ｃ）に示すように、親水性の基板２０に貼り付くように配向（横配向）し、黒色に着色していない層（極性溶媒３１ａ）に閉じ込められる状態（図２の（ａ）に示す状態）になる。これにより、光変調層３０へ入射された外光は、フレークにより反射され、反射表示（白表示）が行われる。

ここで、フレークが、（１）黒色媒体（図２においては、無極性溶媒３１ｂ）中における、当該黒色媒体に接する基板（図２においては、基板１０）に貼り付くように横配向、（２）黒色媒体の手前（図２においては極性溶媒３１ａ中において、無極性溶媒３１ｂに接する面）で横配向、および、（３）その中間の配向等、どのような状態の配向を取るかは、（ｉ）フレークの帯電量と電圧印加による電界の強さとに関係する電気泳動力の強さ、および、（ｉｉ）黒色媒体（無極性溶媒３１ｂ）にフレーク（図２においては親水性フレーク）が潜り込んだときに発生する界面張力とのバランスで決まる。

例えば、極性溶媒３１ａの層厚がフレークの厚みより十分に大きいときは電圧無印加状態からフレークが無極性溶媒３１ｂに潜り込み始めるまでの間は、フレークの位置を完全に制御することはできない。一方、極性溶媒３１ａの層厚を、（i）フレークの厚みと同等あるいはそれよりも小さく（薄く）する、または、（ii）表示面（基板面）を被覆するために必要なフレークよりも多い量を入れるときはフレーク数個分の厚みと同等あるいはそれよりも小さく（薄く）する、ことにより、いわゆるフレークの遊びを減らすあるいは無くすことができるため、フレークの位置を制御することができる。

ここで、極性溶媒３１ａの層厚を、フレークの厚みよりも十分に大きく（厚く）した場合の利点について、説明する。

図３は、フレークが黒色媒体に潜り込まない程度の電圧を表示パネル２に印加した際における、フレークの位置の一例を示す図である。また、図４は、フレークが帯電する極性と逆極性の電圧を観察者側の電極に印加した際における、フレークの位置の一例を示す図である。

フレークが黒色媒体に潜り込まない程度の電圧を表示パネル２に印加したとき、図３に示すように、極性溶媒３１ａにおいて、無極性溶媒３１ｂに接する面（界面）に堆積するように集まる。そのため、極性溶媒３１ａの層厚を、フレークの厚みよりも十分に大きく（厚く）した場合、入射光がフレークのざらついた表面で反射するため、表示パネル２は、散乱光を得ることができる。

また、フレークが帯電する極性と逆極性の電圧を観察者側の電極に印加したとき、フレークが基板２０に平行に張り付く。そのため、極性溶媒３１ａの層厚を、フレークの厚みよりも十分に大きく（厚く）した場合、表示パネル２は、入射光の鏡面反射が得られる。

このように、極性溶媒３１ａの層厚を、フレークの厚みよりも十分に大きく（厚く）した場合、表示パネル２は、反射光の制御ができる。

また、フレークが媒体の中間で配向する状態（中間調）について、表示パネル２は、フレークを無極性溶媒３１ｂにどの程度潜り込ませるかを、光変調層に印加する電圧の大きさあるいは電圧印加時間を変化することにより、制御することが可能である。

また、表示パネル２は、フレークの帯電量や親水性の度合いにバラツキを持たせることにより、電圧を印加した際、下層（観察者から遠いほうの溶媒）に潜り込ませるフレークの量を制御することができる。

また、表示パネル２は、上記の両方の方法を用いて、フレークを中間調の制御を行ってもよい。

また、フレークを上層（観察者側の溶媒）に移動させる力は、界面張力のみであってもよいが、本発明はこれに限定されない。表示パネル２は、図４に示すように、フレークとは逆極性の電圧を観察者側の電極に印加することにより、電気泳動力と界面張力との両方の力を用いて、フレークを上層に移動させることができる。これにより、より高速な応答が可能となる。

また、図３および図４に示す表示パネル２は、電極１２または電極２２を正または負に帯電させることによって、表示を行う。そのため、例えば、オフ時のリークが少ない特性を持った半導体を用いたＴＦＴを用いて画素を駆動する際には、書き込んだ画像を一定時間記憶させることができる。よって、低消費電力表示を行うことができる。

このように、本実施形態にかかる表示パネル２は、光変調層３０に印加する電圧の大きさあるいは電圧印加時間を変化させることにより、形状異方性部材３２の光変調層３０における配置を変化させることができる。

上記の構成によれば、光変調層３０に電圧を印加していないときは、形状異方性部材３２が親水性の場合は、形状異方性部材３２を極性溶媒３１ａ中に配向（横配向）させることができ、形状異方性部材３２が疎水性の場合は、形状異方性部材３２を無極性溶媒３１ｂ中に配向（横配向）させることができる。また、光変調層３０に電圧を印加すると、形状異方性部材３２を、基板１０に接している溶媒（図１においては、無極性溶媒３１ｂ）中に納めることができる。

このように、親水性の基板と疎水性の基板の間に配される形状異方性部材３２を、親水性または疎水性にすることにより、電圧無印加時に極性溶媒３１ａまたは無極性溶媒３１ｂ中に納めることができるため、表示パネル２は、入射した光を第１基板に接している溶媒の影響を受けずに好適に利用することができる。また、電圧印加時に形状異方性部材３２を黒色に着色させた溶媒中に納めることができるため、入射した光を、黒色に着色させた溶媒に吸収させることができる。よって、簡易な構成で光利用効率の高い表示パネルを実現することができる。

（リブ）
ここで、上記表示パネル２では、フレークが貼り付く側の基板（図１では、基板２０）に、リブ２４が設けられている。これにより、重力や電圧印加による凝集等によりフレーク密度に偏りが生じることを防止することができる。

図５の（ａ）は、格子状のリブを示す斜視図であり、図５の（ｂ）は、アイランド状（島状）のリブを示す斜視図である。

リブ２４の形状としては、フレークが面内方向に偏るように移動することを防止するものであればよく、例えば、図５の（ａ）に示すように、格子状としてもよいし、図５の（ｂ）に示すように、島状としてもよい。なお、図１では、格子状のリブ２４（図５の（ａ））を表している。また、リブ２４により分割される領域のサイズとしては、例えば複数の画素を有する表示装置であれば、各画素の領域に対応するサイズとしてもよいし、各画素を複数の領域に区切ったサイズとしてもよいし、複数の画素を一つにまとめた領域に対応するサイズとしてもよい。

また、リブ２４の高さとしては、フレークが分散する極性溶媒３１ａあるいは無極性溶媒３１ｂの層厚以上であればよい。例えば、リブ２４の高さを所望のセル厚と同等にした場合は、リブ２４を、基板１０および基板２０の間の距離を保持するスペーサとして機能させることができる。逆に、フレークが分散する極性溶媒３１ａあるいは無極性溶媒３１ｂの層厚と同等かそれ以上であり、かつ５ｕｍ以下程度の高さに設定した場合は、リブ２４の幅を非常に狭く設定できるためフレークが存在しない領域を低減することができる。

リブ２４の材料としては、上記形状が形成できれば特に限定されない。例えば、一般的な樹脂スペーサを形成する感光性樹脂等を用いることができる。

リブ２４は、疎水性処理あるいは親水性処理を施した後に基板上に形成してもよいが、リブ２４付近の両溶媒の配置を一定にさせるため、さらにはプロセス的な容易さの観点から、基板上にリブ２４を形成した後に、疎水性処理あるいは親水性処理を施すことが好ましい。

このように、表示パネル２では、形状異方性部材３２が親水性を有する場合は、基板１０および基板２０のうち親水性を有する基板にリブが形成されており、形状異方性部材３２が疎水性を有する場合は、基板１０および基板２０のうち疎水性を有する基板にリブ２４が形成されていることが好ましい。

このようなリブ２４を形成することにより、フレークを分散した極性溶媒３１ａ（あるいは無極性溶媒３１ｂ）を、基板、リブ２４および無極性溶媒３１ｂ（あるいは極性溶媒３１ａ）で囲まれた小部屋あるいは連続した小部屋に閉じ込めることができる。

これにより、重力や電圧印加による凝集等によりフレーク密度に偏りが生じることを防止することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２に係る表示装置について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、主に、実施の形態１に係る表示装置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。

図６の（ａ）および（ｂ）は、実施の形態２に係る表示装置１’の概略構成を示す断面図である。表示装置１’は、表示パネル２’と、駆動回路（図示せず）とを備え、表示パネル２’に入射された外光を反射して表示を行う反射型の表示装置である。

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。基板１０（第１基板）は表示パネル２の背面側に配され、基板２０（第２基板）は表示面側（観察者側）に配されている。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。

（光変調層）
光変調層３０’は、電極１２・２２間に設けられ、媒体（極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂ）と、媒体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、電極１２・２２に接続された電源３３により電圧が印加され、印加電圧の大きさに応じて、外部から光変調層３０’に入射された入射光（外光）の反射率を変化させる。

媒体は、実施の形態１に示したとおり、親水性の基板２０に接する極性溶媒３１ａと、疎水性の基板１０に接する無極性溶媒３１ｂとで構成されている。

（形状異方性部材）
形状異方性部材３２’は、その表面に、両親媒性処理が施された部材である。具体的には、例えば、四級アンモニウム塩を含む電解質モノマーと疎水性モノマーのランダム共重合により合成される両親媒性高分子電解質で被覆した部材を用いることができる。また、形状異方性部材３２’は、媒体中で正または負の帯電性を有する部材である。形状異方性部材３２’のその他の性質は、実施の形態１に示した形状異方性部材３２と同一である。

このような形状異方性部材３２’は、極性溶媒および無極性溶媒に対して共に分散しやすい。そのため、光変調層３０’への電圧印加時において、形状異方性部材３２’は、例えば、親水性処理が施された形状異方性部材に比べ、弱い力、すなわち、低い電圧で極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂとの界面を移動することができる。このため、表示パネル２’は、低電圧での駆動が可能となる。

（光変調層による光の反射率の制御方法）
次に、光変調層３０’による光の反射率の制御方法について具体的に説明する。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について説明する。また、形状異方性部材３２’は、媒体中で正に帯電しているとする。また、無極性溶媒３１ｂは黒色に着色されているとする。

図６の（ａ）に示すように、光変調層３０’に、電源３３から直流電圧を印加すると、フレークは極性溶媒３１ａ中に分散した状態で一定の狭い領域に閉じ込められる。すなわち、フレークは、極性溶媒３１ａ中に納まる位置（極性溶媒３１ａの中）で安定し、親水性の基板２０に貼り付くように配向（横配向）する。これにより、光変調層３０へ入射された入射光（外光）は、フレークにより反射され、反射表示（白表示）が行われる。

光変調層３０’に図６の（ａ）とは逆極性の電圧を、電源３３から印加すると、電気泳動力により、図６の（ｂ）に示すように、フレークは、黒色に着色された無極性溶媒３１ｂ（黒色媒体とも呼ぶ）に潜り込む。これにより、光変調層３０’へ入射された入射光は、無極性溶媒３１ｂの色素によって吸収される。よって、観察者からは、無極性溶媒３１ｂの黒色が観察される（黒表示）。

（リブ）
表示パネル２’では、実施の形態１の表示パネル２と同様に、フレークが貼り付く側の基板（図６では、基板２０）に、リブ２４が設けられている。これにより、重力や電圧印加による凝集等によりフレーク密度に偏りが生じることを防止することができる。

なお、リブ２４は、基板１０および基板２０の何れか一方に形成されていてもよいし、両方の基板に形成されていてもよい。リブ２４のその他の特徴は、実施の形態１と同様である。

また、界面処理の材料によっては、長時間放置により、例えば、極性溶媒３１ａ中に集まるように制御することも可能である。これにより、基板１０および基板２０の何れにも引き寄せられる状態で無い電圧無印加時に、リブ２４で囲われた領域にフレークを閉じ込めることができる。そのため、放置時にも偏りの無い表示領域を得ることができる。

〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３に係る表示装置について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、主に、実施の形態１および２に係る表示装置との相違点について説明するものとし、実施の形態１および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。

図７の（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３に係る表示装置１”の概略構成を示す断面図であり、（ｃ）は、フレークと無極性溶媒との間に生じる界面張力により、フレークが回転する様子を示す図である。

表示装置１”は、表示パネル２”と、駆動回路（図示せず）とを備え、表示パネル２”に入射された外光を反射して表示を行う反射型の表示装置である。

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。基板１０’（第１基板）は表示パネル２の背面側に配され、基板２０（第２基板）は表示面側（観察者側）に配されている。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。

基板１０’・２０は、それぞれ、例えば透明なガラス基板からなる絶縁基板１１・２１と、電極１２（第１電極）・２２（第２電極）とを備えている。また、実施の形態１の表示装置１（図１）と同様、基板１０’は、疎水性の性質を有し、基板２０は、親水性の性質を有している。

基板１０’は、アクティブマトリクス基板を構成する。具体的には、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）、薄膜トランジスタ、および絶縁膜を備え、これらの上に、光吸収層１３および電極１２を備えている。光吸収層１３は、自身に入射された光のうち少なくとも一定の範囲の波長の光を吸収する性質を有する。また光吸収層１３は、着色されていてもよく、例えば黒色に着色されている。なお、本実施形態では、図７に示すように、基板１０’は、光吸収層１３を含む構成としたが、本発明はこれに限定されない。基板１０’は、実施の形態１と同様に、光吸収層１３を含まない構成であってもよい。

（光変調層）
光変調層３０”は、電極１２・２２間に設けられ、媒体（極性溶媒３１ａおよび無極性溶媒３１ｂ）と、媒体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、電極１２・２２に接続された電源３４により電圧が印加され、印加電圧の大きさに応じて、外部から光変調層３０”に入射された入射光（外光）の反射率を変化させる。

媒体は、親水性の基板２０に接する極性溶媒３１ａと、疎水性の基板１０’に接する無極性溶媒３１ｂとで構成されている。

（形状異方性部材）
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応答部材である。表示特性的には、基板１０’・２０の法線方向から見た形状異方性部材３２’の投影像の面積（基板１０’・２０への投影面積）が、印加電圧の大きさに応じて変化する部材である。さらに、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。また、実施形態１および２の形状異方性部材３１・３１’は、帯電性を有していたが、本実施形態に係る形状異方性部材３２”は、これに限定されず、帯電性を有していてもよいし、有していなくてもよい。形状異方性部材３２”のその他の性質は、実施の形態１に示した形状異方性部材３２と同一である。

（光変調層による光の反射率の制御方法）
次に、光変調層３０”による光の反射率の制御方法について具体的に説明する。ここでは、形状異方性部材３２”として、親水性のアルミニウム（Ａｌ）フレークを用いた場合について説明する。また、無極性溶媒３１ｂは黒色に着色されているとする。

光変調層３０”に、交流電圧を印加していないときは、図７の（ａ）に示すように、フレークは極性溶媒３１ａ中に分散した状態で一定の狭い領域に閉じ込められる。すなわち、フレークは、極性溶媒３１ａ中に納まる位置（極性溶媒３１ａの中）で安定し、親水性の基板２０に貼り付くように配向（横配向）する。これにより、光変調層３０”へ入射された外光は、フレークにより反射され、反射表示を実現できる。

光変調層３０”に、例えば、６０Ｈｚの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７の（ｂ）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に垂直な方向になるように配向（縦配向）する。これにより、光変調層３０”へ入射された入射光は、無極性溶媒３１ｂの色素によって吸収される。また、図７の（ｂ）に示すように、フレークの反射面が基板に垂直に配向しているため、フレークが下層（無極性溶媒３１ｂ）に対して浅い位置に存在している場合であっても、入射した光は、フレークで反射されて、無極性溶媒３１ｂの色素によって吸収される。これにより、光変調層３０”に入射した光は、観察者側に出ることが無く、非常に低い反射率の黒を表示することができる。従って、コントラストの高い、視聴性の良い表示を得ることができる。

図７の（ｂ）において光変調層３０”への印加電圧を無印加にすると、フレークと無極性溶媒３１ｂとの間に生じる界面張力により、フレークは、図７の（ｃ）に示すように、回転し、その長軸が基板１０’・２０に平行になるように配向（横配向）し、図７の（ａ）に示す状態になる。これにより、光変調層３０’へ入射された外光は、フレークにより反射され、反射表示が行われる。

なお、本実施形態において、形状異方性部材３２”が親水性の性質を有することを例に説明を行ったが、形状異方性部材３２”はこれに限定されず、疎水性の性質を有していてもよいし、実施の形態２で説明したように両親媒性の性質を有していてもよい。なお、形状異方性部材３２”が両親媒性の性質を有するときは、形状異方性部材３２”に例えば負の帯電をもたせ、反射状態とするときには電極２２（第２電極）に正の電圧を印加することにより横配向を得ることが好ましい。

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、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。

本発明は、テレビ等のディスプレイに好適である。

１、１’、１” 表示装置
２、２’、２” 表示パネル
１０、１０’ 基板（第１基板）
１１ 絶縁基板
１２ 電極（第１電極）
１３ 光吸収層
２０ 基板（第２基板）
２１ 絶縁基板
２２ 電極（第２電極）
２４ リブ
３０、３０’、３０” 光変調層
３１ａ 極性溶媒
３１ｂ 無極性溶媒
３２、３２’、３２” 形状異方性部材
３３ 電源
３４ 電源

Claims (18)

1. 互いに対向配置される、背面側の第１基板および表示面側の第２基板と、
   上記第１および第２基板の間に配され、入射された光の反射率を制御する光変調層と、を備え、
   上記光変調層は、極性溶媒と、無極性溶媒と、親水性または疎水性または両親媒性の性質を有する複数の形状異方性部材とを含み、
   上記第１および第２基板のうちの一方は、親水性の性質を有するとともに、上記極性溶媒に接しており、
   上記第１および第２基板のうちの他方は、疎水性の性質を有するとともに、上記無極性溶媒に接しており、
   上記極性溶媒および上記無極性溶媒のうち、上記第１基板に接している溶媒は、光を吸収する性質を有し、
   上記光変調層に印加する電圧を変化させることにより、上記形状異方性部材の上記光変調層における配置を変化させることを特徴とする表示パネル。
2. 上記第１基板に接している溶媒は、黒色色素を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の表示パネル。
3. 上記形状異方性部材が親水性を有する場合は、上記形状異方性部材は、その長軸が上記第１および第２基板に平行になるように配向したときに、上記極性溶媒中に納まっており、
   上記形状異方性部材が疎水性を有する場合は、上記形状異方性部材は、その長軸が上記第１および第２基板に平行になるように配向したときに、上記無極性溶媒中に納まっており、
   上記形状異方性部材が両親媒性を有する場合は、上記形状異方性部材は、その長軸が上記第１および第２基板に平行になるように配向したときに、上記極性溶媒中または上記無極性溶媒中に納まっていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示パネル。
4. 上記形状異方性部材が親水性を有する場合は、上記極性溶媒の層厚は、上記無極性溶媒の層厚よりも小さく、
   上記形状異方性部材が疎水性を有する場合は、上記無極性溶媒の層厚は、上記極性溶媒の層厚よりも小さいことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の表示パネル。
5. 上記光変調層は、上記光変調層に電圧を印加したときは光を吸収し、上記光変調層に印加する電圧を０にしたときは光を反射することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の表示パネル。
6. 上記形状異方性部材は、上記光変調層に印加する電圧を変化させることにより、上記第１および第２基板への投影面積を変化させることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の表示パネル。
7. 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から６の何れか１項に記載の表示パネル。
8. 上記形状異方性部材は、親水性または疎水性の性質を有し、
   上記形状異方性部材が親水性を有する場合は、上記第１および第２基板のうち親水性を有する基板にリブが形成されており、
   上記形状異方性部材が疎水性を有する場合は、上記第１および第２基板のうち疎水性を有する基板にリブが形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の表示パネル。
9. 上記形状異方性部材は、両親媒性の性質を有し、
   上記第１および第２基板のうち少なくとも何れか一方にリブが形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の表示パネル。
10. 上記リブは、格子状または島状に形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の表示パネル。
11. 上記リブの高さは、上記光変調層の厚みと略同一であることを特徴とする請求項８から１０の何れか１項に記載の表示パネル。
12. 上記リブの高さは、５ｕｍ以下であることを特徴とする請求項８から１０の何れか１項に記載の表示パネル。
13. 上記形状異方性部材は、金属、半導体、誘電体、誘電体多層膜、またはコレステリック樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の表示パネル。
14. 上記形状異方性部材は、金属からなり、照射された光を反射することを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の表示パネル。
15. 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から１４の何れか１項に記載の表示パネル。
16. 上記形状異方性部材は、フレーク状、円柱状、球状または楕円球状に形成されていることを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載の表示パネル。
17. 上記形状異方性部材は、フレーク状に形成されているとともに、凹凸面を有することを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の表示パネル。
18. 請求項１から１７の何れか１項に記載の表示パネルを備えていることを特徴とする表示装置。

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