JP3458466B2 - 反射型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高輝度，高コントラス
トな反射型液晶表示装置の、構成，製法，製造装置、及
び応用に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射型表示装置としては、例えば高分子
分散液晶からなる光制御層と光吸収層を積層した構成の
装置がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、光
散乱体である液晶微小球と前記液晶を分散する高分子媒
体の屈折率比が１.１ 程度と小さく、また液晶微小球の
サイズ分布及び空間分布が最適化されていないために、
散乱モード（明状態）における光反射率が小さく、透過
モード（暗状態）における光吸収率が小さいため、低輝
度で低コントラストの表示しか得られなかった。

【０００４】本発明の目的は、従来技術における上記の
問題点を解決し、高輝度で高コントラスト比の反射型表
示装置を実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図７は、反射型表示装置
の一般的な構成を表した断面模式図である。本図を用い
て高輝度，高コントラストな反射型表示装置の実現手段
を説明する。

【０００６】一般に、反射型表示装置は、駆動回路７１
から印加される外場(電場，磁場等)によって入射光に対
する作用が変化する光制御層２５（能動素子）と，入射
光に対する作用が常に一定な光制御補助層７２（受動素
子）から構成される。

【０００７】反射型表示装置とは、光制御層２５に印加
する外場を変化させることによって入射光が表示装置に
より散乱／反射される状態（明状態）と，吸収される状
態（暗状態）をとることができる装置である。理想的な
反射型表示装置では、明状態における散乱／反射率１０
０％，暗状態における吸収率１００％となり、この時、
最大輝度，最高コントラストが得られる。

【０００８】従来、光制御層は、ＴＮ液晶等の光の旋光
性を利用したものと高分子分散液晶（以下、ＰＤＬＣと
略称する）の光散乱効果を利用したものがある。前者の
場合、偏光板を入射光側である光制御層の前に少なくと
も１枚配置する必要があり図７（ｂ）の構成をとる。偏
光板は明／暗状態に関わらず入射光を半分吸収するた
め、反射率は５０％以下になり高効率な反射型表示装置
は実現できない。従って、本特許では検討しない。後者
の場合の、明状態は光制御層の光散乱効果により実現
し、暗状態は光制御層または光制御層の背後に設置され
た光吸収層が入射光を吸収することにより実現する図７
(ａ)の構成を取る。ＰＤＬＣの問題点は、光散乱効果が
小さいため明状態が暗いことである。本発明は、原理的
にはＰＤＬＣと同じ光散乱効果を利用したものであり図
７（ｂ）の構成を取り、ＰＤＬＣよりも高い光散乱性を
具備する光制御層を用いて明／暗状態がともに高い反射
型表示装置を提供するものである。本発明の特徴を説明
するため、図１１に光散乱効果を利用する光制御層の一
般的構成を示し、本図を用いて光制御層の光散乱メカニ
ズムを説明して、ＰＤＬＣの光散乱効果が小さい原因、
及び本発明において高い光散乱効果を実現する方法と理
由を説明する。

【０００９】一般に光制御層は、直径１１１が入射光の
波長程度に微小な光散乱体３１が媒体４１中に均一分散
された構造からなる。入射光６１は、屈折率が異なる光
散乱体３１と媒体４１の界面を通過する時に進行方向が
変化（屈折）する。この屈折を多数回繰り返すことによ
り、光が散乱される。この光散乱を支配するパラメータ
は、光学的なパラメータと光制御層の構造を規定するパ
ラメータに大別できる。前者としては光散乱体と媒体の
屈折率ｎ_sc，ｎ_bg、及び両者の吸収係数ａ_sc，ａ_bgがあ
り、後者としては光散乱体の直径１１１，ｄ_sc、光散乱
体の直径の分散Δｄ_sc，隣接する光散乱体の間隔１１
２，ｄ_nn、隣接する光散乱体間隔の分散Δｄ_nnがある。

【００１０】まず、暗状態を実現する方法を説明する。
最も簡単な方法は、光散乱体と媒体の屈折率が等しくな
る時であり、光制御層は光学的に透明になり、光は散乱
されることなく光制御層を通過する。従って、光制御層
の背後に光吸収層を配置して入射光を吸収すれば暗状態
が実現できる。他の方法としては、光吸収層自身が入射
光を吸収することにより暗状態を実現する。

【００１１】光制御層は、ある外場（電圧など）を印加
した時に上記の暗状態になり、また暗状態とは異なる外
場を印加した時に明状態となる必要がある。高い明状態
は、光制御層によって入射光は入射面側に強く散乱／反
射される必要が有る。これは一般に光の後方散乱と呼ば
れる。光制御層が強い後方散乱を引き起こすためには、
次の３つの条件を満足する必要が有る。

【００１２】（条件１）光散乱体と媒体の屈折率比：ｎ
_sc／ｎ_bgを大きくする。ｎ_sc／ｎ_bg≧１.５ 以上が望ま
しい。

【００１３】（条件２）光散乱体の直径：ｄ_sc、及び隣
接する光散乱体の間隔：ｄ_nnを入射光の波長程度とす
る。光散乱体の直径の分散：Δｄ_sc、及び隣接する光散
乱体間隔の分散：Δｄ_nnを入射光波長より十分小さくす
る。

【００１４】（条件３）光散乱体及び媒体の光吸収率が
ともに十分小さい。

【００１５】特に、上記の条件が全て満たされた場合、
入射光は光制御層に侵入できず全て反射される。これ
は、最近発見された新規な光学現象であり、“光のバン
ドギャップ効果”と呼ばれ、光機能デバイスへの応用の
観点から注目を集めている。

【００１６】上記の３条件を明状態の３条件と呼ぶ。こ
の３条件を満足できれば、高反射率の光制御層が構成で
きる。

【００１７】ＰＤＬＣは、光散乱体は液晶で構成され、
媒体は高分子で構成され、印加電圧により液晶の屈折率
が変化し、ある電圧において液晶と高分子の屈折率が等
しくなるため高い暗状態が実現できる。しかし、明状態
における光の後方散乱は小さく、反射率が低い。これ
は、１）光制御層の構成材料である液晶や高分子といっ
た有機材料の屈折率は１.５から１.８の範囲のものしか
なく、両者の屈折率比は最大でも１.２ にしかならず、
上記の条件１が満足できない、２）液状の液晶と高分子
を混合した後に固化することにより光制御層を構成する
ため、光散乱体である液晶ドロップレットの大きさ，大
きさの分布、及び液晶ドロップレット間の距離を十分に
制御できないため、上記の条件２を満足できない、ため
である。このため、ＰＤＬＣにおいては明状態において
も入射光の大部分は光制御層から弱い散乱しか受けずに
光制御層を透過（前方散乱）して、光吸収層に吸収され
てしまうので一般に暗い。

【００１８】本発明は、十分な暗状態を実現できるとい
う必要条件を満足し、しかも上記の明状態の３条件を満
足することにより高い明状態を実現できる、光制御層の
構成と製造方法を提供し、理想的な反射型表示装置を実
現することを目的とする。

【００１９】第１案は、図３に示すような中心を通る軸
方向に屈折率がｎ_bgからｎ_scに単調に変化し、入射光の
波長程度の直径を有する無機の誘電体微小球からなる光
散乱体が、屈折率がｎ_bgの媒体中に入射光の波長程度の
間隔で均等に並び、電圧により光散乱体が回転すること
を特徴とした光制御層（図５（ａ））、及び上記の光散
乱体と光制御層を製造する方法である。上記の光散乱体
は図８に示すようなイオンシャワ−法を用いて形成す
る。また光散乱体を均等間隔に並べるためには、レーザ
を用いた誘電体微小球の光トラッッピング装置及びＵＶ
（紫外線）硬化性の媒体塗布装置及びＵＶ照射装置から
なる光制御層製造装置を用いる。

【００２０】第２案は、上記の誘電体微小球が屈折率が
微小球の屈折率の最小値ｎ_bgに等しい材料で入射光波長
の半分程度被覆された光散乱体（媒体を部分的に兼ね
る）（図４（ｂ））が、屈折率がｎ_bgに等しい潤滑性の
媒体中に規則的に配置された光制御層（図５（ｂ））を
用いる方法である。

【００２１】第３案は、上記の２つの案において、液晶
のように印加電圧によって屈折率が変化する材料を被覆
材料または媒体とし、光散乱体における屈折率の高い面
が入射光側を向く時に媒体の屈折率が最小となり、図１
７に示すように光散乱体における屈折率の低い面が入射
光側を向く時に媒体の屈折率が最大となり、媒体の屈折
率の最大値が光散乱体の屈折率の最小値に等しいことを
特徴とする光制御層を用いる方法である。

【００２２】第４案は、マイクロカプセル化された上記
の第３案の光散乱体及び媒体（図４（ｃ））が規則的に
配列された光制御層（図５（ｃ））を用いる方法であ
る。

【００２３】第５案は、上記の各案において光散乱体と
媒体の屈折率比が１.５ 以上となる材料で光制御層を構
成する方法である。

【００２４】第６案は、光制御層に光散乱作用だけでな
く光吸収作用も具備させる方法であり、印加電圧により
光散乱体と媒体の屈折率だけでなく吸収係数も変化し、
光散乱体と媒体の屈折率比が最大となる明状態において
両者の吸収係数が最小となり、両者の屈折率比が最小と
なる暗状態において両者の吸収係数が最大となる光制御
層を用いる方法である。

【００２５】第７案は、光が光制御層の表面に鉛直に入
射するように入射光の方向を揃える作用を有する、光フ
ァイバプレートを光制御層の前面、即ち入射光側に配置
する方法である。

【００２６】

【作用】まず、光散乱体が印加電圧の極性に応じて回転
する作用について説明する。光散乱体は屈折率、即ち誘
電率の高い部分と低い部分が相対しているため、電気的
分極を有し、この分極と光制御層を挟持する一対の電極
への印加電圧が形成するモーメントにより、光散乱体は
分極が電圧の印加方向に向くように回転する。

【００２７】従って、光散乱体はある電圧の極性におい
て図６（ｂ）に示すように光散乱体の高屈折率面が入射
光側を向く。この時、入射光は光散乱体と媒体の高い屈
折率比を感じるため強く散乱され、入射光側に後方散乱
される。本発明では、条件１から３を満足するように光
制御層が構成されているため、この後方散乱作用は特に
強く高い明状態が得られる。

【００２８】また、明状態と逆の電圧の極性において図
６（ａ）に示すように光散乱体の低屈折率面（屈折率が
媒体に等しい）が入射光側を向く。この時は、入射光が
感じる光散乱体と媒体の屈折率は等しくなるため、散乱
が小さくなり、入射光は光制御層を透過して背後の光吸
収層に吸収され高い暗状態が実現される。また、第７案
の場合は光制御層自身によっても入射光が吸収される。

【００２９】入射光が感じる光散乱体と媒体の屈折率比
は、入射光が光散乱体の中心軸に平行に入射するほど大
きくなるため、第７案の光ファイバプレートを配置する
ことにより光制御層の光散乱／透過作用をより強くする
ことができる。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図２は、本発明の第１の実施例の反射型表示装置の
構成を説明するための断面図である。２１は基板、２２
はカーボンからなる光吸収層、２３はＩＴＯからなる下
部透明電極、２４は走査回路、２５は光制御層、２６は
ＩＴＯからなる上部透明電極、２７は信号回路、であ
る。図５(ａ)は、光制御層４の断面図である。光散乱体
３１は、直径が約４００ｎｍから約７００ｎｍ（可視領
域の入射光の波長範囲にほぼ等しい）のＴｉ_XＳｉ_1-XＯ
₂ （０≦Ｘ≦１）微粒子である。特に、図８（ｂ）に示
すようにある軸方向に沿ってＴｉとＳｉの比率Ｘが０か
ら１まで単調に変化しているため、Ｘ＝１の面はＴｉＯ
₂で構成されるため屈折率は２.７と高く、Ｘ＝０の反対
側の面はＳｉＯ₂ で構成されるため屈折率は１.５ と低
い。媒体４１は、屈折率が約１.５ の有機高分子材料、
またはＳｉＯ₂ からなる。上記光散乱体３１が上記媒体
中４１に屈折率が約１.５ の潤滑液５２を介して約４０
０ｎｍから約７００ｎｍ（可視領域の入射光の波長範囲
にほぼ等しい）の間隔で規則的に配置されている。

【００３１】図１８は、印加電圧の極性と光散乱体の向
き、及び入射光６１に対する反射型表示装置の作用の関
係を示した図である。下部電極を接地して、上部電極に
負電圧を印加すると（図１８（ａ））、光散乱体のＴｉ
Ｏ₂ 面が入射光側を向き、入射光は光制御層により強く
後方散乱されて反射光１８１となり明状態になる。上部
電極に正電圧を印加すると、光散乱体のＳｉＯ₂ 面が入
射光側を向き、入射光は光制御層を透過して光吸収層２
２に吸収され暗状態になる。

【００３２】図９は、本発明と従来の反射型表示装置の
反射率の電圧依存性である。暗状態における反射率は両
者とも低いが、明状態の反射率は本発明の方が高く、入
射光の９０％以上を反射する。これから、高輝度高効率
の反射型表示装置を実現する本発明の効果は明らかであ
る。

【００３３】また、本発明の反射型表示装置において
は、光散乱体の向きが決まると、印加電圧を零として
も、その向きは保持されるメモリー性を有する。従っ
て、上記の上部／下部透明電極，走査／信号回路を用い
て、例えば線順次駆動で一端入力した各電極交点の画素
の反射率分布から構成される画像は、電極に電圧を印加
しなくても保持されるため、低消費電力の効果もある。

【００３４】（実施例２）図５（ｂ）は、本発明の反射
型表示装置の光制御層の第２の実施例を示した図であ
る。光制御層は、実施例１の光散乱体を厚さが約２００
ｎｍから約３５０ｎｍのＳｉＯ₂ で被覆された光散乱体
４２が、屈折率がＳｉＯ₂ にほぼ等しい潤滑液を介し
て、バインダー５１中に規則的に周密に配置された構造
からなる。動作原理は実施例１と同じであり、実施例１
と同等な表示特性が得られる。本発明の特徴は、上記微
粒子を周密に充填すれば、必然的に光散乱体が潤滑液を
介して約４００ｎｍから約７００ｎｍ（可視領域の入射
光の波長範囲にほぼ等しい）の間隔で規則的に配置され
るため、後で示すように実施例１で必要となる光散乱体
を媒体中にほぼ等間隔で規則的に配列する手段及び装置
を必要としないことである。

【００３５】（実施例３）図５（ａ）は、本発明の反射
型表示装置の光制御層の第３の実施例を示した図であ
る。光制御層は、液晶からなる媒体中に実施例１の光散
乱体が実施例１の条件で配置されていることを特徴とす
る。液晶は、その屈折率が印加電圧が零のランダム配向
状態における屈折率が１.３ 、電圧印加時の配向状態に
おける屈折率が１.５ のもの（負の誘電異方性を持つ液
晶）を用いる。上部電極に正電圧を印加後、零とした状
態で明状態を実現し、上部電極に負電圧を印加保持した
状態で暗状態を実現する。明状態では、液晶と光散乱体
のＴｉＯ₂ 面の大きな屈折率比で、入射光は光制御層に
後方散乱される。暗状態では、液晶の屈折率と光散乱体
のＳｉＯ₂ 面の屈折率が一致するため、入射光は光制御
層を透過し光吸収層に吸収される。図１７に示すように
本実施例の場合、媒体の屈折率も印加電圧により変化
し、特に明状態において媒体の屈折率が光散乱体の屈折
率の最小値よりも小さくなるため、媒体の屈折率が一定
の場合と較べて両者の屈折率比がより大きくできる。従
って、より明るい明状態を実現できることが特徴であ
る。液晶以外の媒体材料として、クロム等の針状金属
粉，ヘパタイト針状結晶，ヨウ素結晶を含有したキニン
またはハイドロシンコニディンといった分散内微粒子分
散配向（ＤＰＳ）材料を用いても同様の効果を得ること
ができる。

【００３６】（実施例４）図５（ｃ）は、本発明の反射
型表示装置の光制御層の第４の実施例を示した図であ
る。光制御層は、マイクロカプセルに封入された媒体に
被覆された光散乱体５３が、バインダー５１中に規則的
に周密に配置された構造からなる。本発明の特徴は、マ
イクロカプセルの直径を約８００ｎｍから約１５００ｎ
ｍにすれば、液晶媒体の厚さは約２００−３５０ｎｍと
なり、上記マイクロカプセルを周密に充填すれば、必然
的に光散乱体が潤滑液を介して約４００ｎｍから約７０
０ｎｍ（可視領域の入射光の波長範囲にほぼ等しい）の
間隔で規則的に配置されるため、実施例１及び３で必要
となる光散乱体を媒体中にほぼ等間隔で規則的に配列す
る手段及び装置を必要としないことである。

【００３７】（実施例５）図１０は、本発明の反射型表
示装置の光制御層の第５の実施例を示した図である。光
制御層は、媒体は光吸収性色素を含有したゲストホスト
液晶からなり、光散乱体は実施例１の光散乱体のＳｉＯ
₂面がＰｒＭｎＯ₃，Ａｓ₂Ｓ₃，Ａｓ₂Ｓｅ₃,Ｇｅ,ａ−Ｓ
ｉ_XＣ_1-X：Ｈ，Ｓｂ₂Ｓ₃,ＣｄＴｅ,ＣｄＳｅ、またはＰ
ｂＣｄＴｅ：Ｉｎ等の屈折率がＳｉＯ₂ にほぼ等しくて
吸収係数の高い材料で被覆したものを用いる。本実施例
は、実施例３の特徴に加えて、暗状態において光制御層
自身が入射光を吸収するため、より暗い暗状態を実現で
きることを特徴とする。

【００３８】（実施例６）図１６は、本発明の反射型表
示装置の光制御層の第６の実施例、及びその反射率の電
圧依存性を示した図である。光ファイバプレート１６１
を光制御層の前面、即ち入射光側に配置する。光ファイ
バプレートは入射光６１が光制御層の表面に鉛直に入射
するように入射光の方向を揃える作用を有する。入射光
が感じる光散乱体と媒体の屈折率比は、入射光が光散乱
体の中心軸に平行に入射するほど大きくなるため、光フ
ァイバプレートを配置することにより光制御層の光散乱
／透過作用をより強くすることができる。図１６（ｂ）
は、光ファイバプレートがある場合とない場合の、実施
例１から６に示した反射型表示装置の反射率の電圧依存
性である。光ファイバプレートがあると暗状態における
反射率が低くなり、明状態における反射率が高くなるこ
とから、本発明の効果は明らかである。

【００３９】（実施例７）図８は、本発明の反射型表示
装置に用いる、屈折率分布を有する光散乱体の製造方法
を示す。直径が４００−７００ｎｍのＳｉＯ₂ 微粒子３
１を、ＳｉＯ₂ 微粒子の少なくとも半面が露出して浮く
ように比重が調整された水溶液８２上に浮かべ、一般的
なイオンドーピング装置（例えば、半導体の活性層形成
に使用される装置）を用いてＴｉのイオンシャワー８１
を形成し、上方からＴｉイオンをＳｉＯ₂ 微粒子に注入
する。Ｔｉイオンの注入段面積は微粒子の最上部で最も
高く、側部ほど低いため、注入時間及び注入密度を適当
に調整することにより、微粒子の最上部はＴｉＯ₂ で最
下部に向かって単調にＴｉに対するＳｉの比率が増加し
て最下部は、ＳｉＯ₂ である光散乱体が形成される。こ
の光散乱体の屈折率は、ＴｉＯ₂ の２.７からＳｉＯ₂
の１.５まで単調に変化するため、本発明の反射表示装
置における光散乱体の条件を満たすことは明らかであ
る。

【００４０】（実施例８）図１２は、実施例２における
ＳｉＯ₂ で均一に被覆された実施例２の光散乱体を形成
するための製造装置の概略図である。混合漕１２１で光
散乱体３１とSiO₂原液１２２（例えば液晶ディスプレイ
用ガラス基板表面をＳｉＯ₂ コートするときに用いるも
の）を混合した後、ＳｉＯ₂ 原料液の被覆厚さが２００
−３５０ｎｍになるように、直径８００−１５００ｎｍ
の細孔が開いた多孔質ガラス123を透過させる。多孔質
ガラスを通過してＳｉＯ₂原液で均一に被覆された光散
乱体は、加熱炉１２４で１０００℃以上に加熱され、Ｓ
ｉＯ₂ 原液が乾燥固化することにより、ＳｉＯ₂ で均一
に被覆された実施例２の光散乱体１２５が形成される。
特に、加熱炉において光散乱体を自由落下させながら加
熱すれば、ＳｉＯ₂被覆厚が均一で光散乱体がＳｉＯ₂
の中心に位置する理想的な球形に近い実施例２の光散乱
体を形成できる。

【００４１】（実施例９）図１３は、実施例４における
マイクロカプセルを形成するための製造装置の概略図で
ある。混合漕１２１で光散乱体３１と液晶１３１を混合
した後、液晶131の被覆厚さが２００−３５０ｎｍにな
るように、直径８００−１５００ｎｍの細孔が開いた多
孔質ガラス１２３を透過させる。多孔質ガラス１２３を
通過して液晶で均一に被覆された光散乱体は、カプセル
形成漕１３２においてマイクロカプセル形成材料１３３
と混合後、従来の液晶マイクロカプセル形成法と同じ方
法でマイクロカプセル化される。即ち、ゼラチン／アラ
ビアゴム混合水溶液からなるマイクロカプセル形成材料
と混合された後、複合コアセルベーション過程を経て冷
却してマイクロカプセル１３４となる。このマイクロカ
プセルをバインダー中で規則的に周密充填することによ
り、実施例４の光制御層が形成される。

【００４２】（実施例１０）図２４は、光トラッピング
を利用した実施例１における光制御層の製造装置であ
る。本装置は、光散乱体を規則的に配列するためのレー
ザ光源２４１、及び媒体を硬化するための紫外光源２４
２，光結合系２４３，光分岐系２４４，光干渉系２４
５，光制御層２５の反射率測定系２４６からなる。

【００４３】まず、基板，光吸収層、及び下部透明電極
まで組み立てた、図２の反射型表示装置を回転ステージ
上に置き、スピンコートにより、下部透明電極上に潤滑
液で表面コートされた光散乱体が混合されたＵＶ硬化性
の有機材料（例えばレジスト材料）からなる媒体原料液
を均一に塗布する。出力波長が４００ｎｍから７００ｎ
ｍのレーザー光を少なくとも３本干渉させることにより
形成した光散乱体捕捉用レーザースポット光を、下部透
明電極上に塗布されたる媒体原料液に照射する。スポッ
ト光中に形成された４００ｎｍから７００ｎｍの等間隔
な光干渉パターンのうち光強度が大きい部分に、媒体中
にランダムに分布した光散乱体が光トラッピング効果に
より４００ｎｍから７００ｎｍの等間隔に捕捉される。
この状態でスポット光照射部に紫外光照射装置を用いて
紫外光を照射するとＵＶ硬化性の有機材料が固化して、
媒体中に光散乱体が４００ｎｍから７００ｎｍの等間隔
で固定支持される。スポット光を移動して上記の作業を
繰り返すことにより、媒体中に光散乱体が規則的に配置
された実施例１の光制御層が形成できる。

【００４４】（実施例１１）図２３は、アクティブマト
リクス駆動する場合の、本発明の反射型表示装置を概略
を示した図である。図のように光吸収層２２，信号電極
２３１，走査電極２３２，アクティブスイッチ２３３、
及び画素電極２３４を配置した基板２１と、ＩＴＯから
なる対向電極を配置した対向ガラス基板の間に光制御層
を挟持する構造をとる。基本的にはＴＦＴ液晶ディスプ
レイと同じ構造であり、異なるのは、カーボン等からな
る光吸収層がコートされた基板を用いることと、配向膜
に挟持された液晶の代わりに実施例１から５で述べた光
制御層を用いることである。本発明のアクティブマトリ
クス駆動により、各光制御層への印加電圧をクロストー
クなくより安定化させることができるため、単純マトリ
クス駆動よりも高品質な画像を提供できる。

【００４５】（実施例１２）図１５は、本発明を利用し
たカラー反射型表示装置の光制御層の一実施例、及びそ
の反射光スペクトルを示した図である。図１４に示すよ
うに光制御層の反射（後方散乱）光波長は光散乱体の直
径及び各光散乱体の配置間隔にほぼ等しい。従って、光
散乱体の直径及び各光散乱体の配置間隔を一定にするこ
とにより特定波長の光を選択的に反射することができ
る。例えば青色光を反射したければ、光散乱体の直径及
び各光散乱体の配置間隔を約４５０ｎｍとすれば良く、
赤色光を反射したければ両者を約６５０ｎｍにすれば良
い。図１５に示すように、このような青赤緑を選択的に
反射する３種類の光制御層をストライプ状に配置して各
層への印加電圧を制御することにより、カラー反射型表
示装置が形成できることは明らかである。

【００４６】（実施例１３）図１９は、本発明の反射型
表示装置を用いた投射型表示装置の構成概略図である。
白色光源１９６から出力される白色光は、反射鏡１９５
及び集光レンズ１／１９４と色分解合成光学系１９３に
よりＲＧＢの三原色に分解され、各色毎に設けられた３
台の反射型表示装置１９１に入力する。駆動回路１９２
から反射型表示装置１９１に印加される駆動電圧を用い
て反射光強度が調整された、各色光は色分解合成系で再
び合成されて、集光レンズ１／１９４と集光レンズ２／
１９７を通過後に投射される。従来、反射型表示装置の
光制御層としてＰＤＬＣ液晶を用いていたが、本発明の
光制御層を用いることにより、より高輝度で高効率な投
射型表示装置が実現できる。

【００４７】（実施例１４）図２０は、本発明の反射型
表示装置を用いた個人携帯情報端末装置の構成概略図で
ある。個人携帯情報端末装置２０１の表示装置として
は、低消費電力で高画質な反射型表示装置が望ましい。
本発明の反射型表示装置１９１は、明状態が明るく、し
かもメモリー性を有するために、情報端末に静止画像の
表示には電圧を印加する必要がないため、電池駆動も可
能であり、個人携帯情報端末装置に利用するのに最適な
表示装置である。

【００４８】（実施例１５）図２１は、本発明の反射型
表示装置を用いた調光ガラスの構成概略図である。調光
ガラス２１１は、自然光、より端的には自然光が運ぶ光
エネルギーの透過率を制御することにより、ビルディン
グなどのオフィスにおける冷暖房のための消費エネルギ
ーを減らすために、近年盛んに研究されている。本発明
の反射型表示装置のうち、光を吸収しない実施例１から
４で述べた光制御層を用い、光吸収層がなく透明基板を
用いたものを用いれば、自然光に対して高い反射／透過
作用を有する調光ガラスができることは明らかである。

【００４９】（実施例１６）図２２は、本発明の反射型
表示装置を用いた光ニューロコンピュータの構成概略図
である。ニューロコンピュータは、学習性を有する人間
の思考形態に近い次世代コンピュータとして盛んに研究
されている。膨大な情報処理を短時間で並列処理するた
め、情報処理演算装置として光の透過反射率を制御する
空間光変調素子２２２を用いた光ニューロコンピュータ
が次世代コンピュータのハードウェアとして有望であ
る。光ニューロコンピュータは、基本的に発光素子アレ
イ２２１，空間光変調素子２２２、及び受光素子アレイ
２２３から構成される。発光素子アレイ２２１の出力光
２２４の強度を空間光変調素子２２２で変調し、その変
調光２２５を受光素子アレイ２２３で受けて、変調光強
度を発光素子アレイにフィードバックすることにより、
光を用いて並列計算を実行する。本発明の高効率で低消
費電力の反射型表示装置を空間光変調素子２２２に用い
れば、光ニューロコンピュータの計算精度を向上し、消
費電力を低減することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明により、図９に示すように十分に
高い暗状態を保持したまま、従来よりもはるかに高い明
状態が得られる高効率／高コントラストな反射型表示装
置が実現できるこの高性能な反射型表示装置は、携帯情
報端末，投射型表示装置，調光ガラス，光コンピュータ
などの幅広い応用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び従来の反射型表示装置の反射率の光
散乱体と媒体の屈折率比依存性、及び光散乱体と媒体の
屈折率比の可変範囲を示した図（図１（ａ））、及び光
散乱体の直径及び最近接間距離の数分布を示した図（図
１（ｂ））である。

【図２】本発明の反射型表示装置の断面及び積層構造を
示した図である。

【図３】光散乱体中の屈折率分布を示した図である。

【図４】光散乱体と媒体を示した図である。

【図５】光制御層の断面を示した図である。

【図６】光散乱体の向きと散乱光の関係を示した図。

【図７】本発明及び従来の反射型表示装置の構成を示し
た図。

【図８】光散乱体の製法、及び光散乱体の成分分布と屈
折率分布の関係を示した図。

【図９】反射型表示装置における、反射率の電圧依存性
を示した図。

【図１０】明状態及び暗状態における、反射型表示装置
断面構造と入射光側から見た光制御層の内部状態を示し
た図。

【図１１】光制御層の内部構造と光制御層の光散乱特性
を支配するパラメータを示した図。

【図１２】被覆材料で被覆された光散乱体球の製造装置
を示した図。

【図１３】マイクロカプセルの製造装置を示した図。

【図１４】反射光ピーク波長の光散乱体の直径および最
近接間距離依存性を示した図。

【図１５】カラー表示の光制御層、及びその反射光スペ
クトルを示した図。

【図１６】光ファイバプレートを利用した反射型表示装
置の構成を示した図である。

【図１７】本発明及び従来の反射型表示装置における、
明状態と暗状態における光散乱体と媒体の屈折率の大き
さを示した図である。

【図１８】印加電圧の極性と光散乱体の向き、及び入射
光に対する反射型表示装置の作用の関係を示した図であ
る。

【図１９】本発明の反射型表示装置を用いた投射型表示
装置の光学系を示した図である。

【図２０】反射型表示装置を用いた携帯情報端末を示し
た図である。

【図２１】反射型表示装置を利用した調光ガラスを示し
た図である。

【図２２】反射型表示装置を利用した光ニューロコンピ
ュータを示した図である。

【図２３】アクティブマトリクス駆動方式の反射型表示
装置を示した図。

【図２４】光散乱体の配列装置の構成を示した図。

【図２５】光散乱体の配列装置から照射される配列用レ
ーザー光、及び上記レーザー光による光散乱体の配列変
化を示した図。

【図２６】光散乱体の配列装置の配列用レーザー光強
度，固化用紫外光強度、及び光制御層の反射率、の時間
変化を示した図。

【符号の説明】

２１…基板、２２…光吸収層、２３…下部透明電極、２
４…走査回路、２５…光制御層、２６…上部透明電極、
２７…信号回路、３１…光散乱体、４１…媒体、４２…
被覆された光散乱体、４３…マイクロカプセル、５１…
バインダー、５２…潤滑液、５３…光散乱体と媒体を入
れたマイクロカプセル、６１…入射光、６２…散乱光、
６３…高屈折率面が入射光側を向いた光散乱体、６４…
低屈折率面が入射光側を向いた光散乱体、７１…駆動回
路、７２…補助層、８１…イオンシャワー、８２…水溶
液、１０１…低屈折率／低吸収状態の媒体、１０２…光
散乱体の高屈折率／低吸収面、１０３…高屈折率／高吸
収状態の媒体、１０４…光散乱体の低屈折率／高吸収
面、１１１…光散乱体の直径、１１２…光散乱体の隣接
間隔、１１３…前方散乱光、１１４…後方散乱光、１２
１…混合漕、１２２…ＳｉＯ₂ 原液、１２３…多孔質ガ
ラス、１２４…加熱炉、１２５…被覆された光散乱体、
１３１…液晶、１３２…マイクロカプセル形成漕、１３
３…マイクロカプセル形成材料、１３４…マイクロカプ
セル、１５１…赤色光制御層、１５２…緑色光制御層、
１５３…青色光制御層、１６１…光ファイバプレート、
１８１…反射光、１９１…反射型表示装置、１９２…駆
動回路、１９３…色分解合成光学系、１９４…集光レン
ズ１、１９５…反射鏡、１９６…白色光源、１９７…集
光レンズ２、２０１…個人携帯情報端末、２１１…調光
ガラス、２１２…窓枠、２２１…発光素子アレイ、２２
２…空間光変調素子、２２３…受光素子アレイ、２２４
…発光素子の出力光、２２５…空間光変調素子の透過
光、２３１…信号電極、２３２…走査電極、２３３…ア
クティブスイッチ、２３４…画素電極、235…対向電
極、２３６…対向ガラス基板、２４１…配列用レーザー
光源、２４２…固化用紫外光源、２４３…光結合系、２
４４…光分岐系、２４５…光干渉系、２４６…反射率測
定系、２５１…光干渉系の通過したレーザー光、２５２
…光干渉領域、２５３…レーザー光の干渉パターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 理 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 前田 佳均 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 長江 慶治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平５−150227（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−175421（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1334

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な２枚の電極に挟持された、光散乱体
   が分散された媒体より構成される光制御層と、前記光制
   御層の背後に設置された光吸収層とを有する反射型表示
   装置において、 光散乱体の大きさ及び最近接間距離が少なくとも２次元
   方向において入射光の波長程度とし、電極への印加電圧
   の大きさに従って、入射光に対する光散乱体と媒体の屈
   折率比が１から１.５ 以上まで変化することを特徴とす
   る、反射型表示装置。
2. 【請求項２】請求項１の反射型表示装置において、 電極への印加電圧の大きさに従って、入射光に対する光
   散乱体と媒体の屈折率及び吸収率が同時に変化すること
   を特徴とする、反射型表示装置。
3. 【請求項３】請求項１の反射型表示装置において、 電極への印加電圧の大きさに従って、光制御層が、光の
   反射率が高くかつ吸収率及び透過率が低い状態と、光の
   反射率が低くかつ吸収率及び透過率が高い状態の間を遷
   移することを特徴とする、反射型表示装置。
4. 【請求項４】請求項３の反射型表示装置において、 光散乱体の屈折率の最小値が媒体の屈折率の最大値とほ
   ぼ等しく、電極への印加電圧がある値の時に、光散乱体
   の屈折率が増加して媒体の屈折率が減少することにより
   両者の屈折率比が増加して、両者の吸収率がともに減少
   することにより、光制御層は反射率が高く吸収率が低い
   状態となり、また印加電圧が他の値の時に、光散乱体の
   屈折率が減少し、媒体の屈折率が増加することにより両
   者の屈折率がほぼ一致して、かつ両者の吸収率がともに
   増加することによって、光制御層は反射率が低く吸収率
   及び透過率が高い状態となることを特徴とする、反射型
   表示装置。
5. 【請求項５】請求項１の反射型表示装置において、 光散乱体として中心を通るある軸方向に単調に屈折率が
   減少しかつ吸収率が増加しており、直径が反射光ピーク
   波長に等しくて、印加電圧の向きに応じて屈折率が高く
   吸収率が低い面が入射光側を向いたりその反対側を向い
   たりする、誘電体微小球を用いたことを特徴とする、反
   射型表示装置。
6. 【請求項６】請求項１の反射型表示装置において、 光散乱体を媒体材料によって反射光ピーク波長の半分の
   厚さで被覆し、必要に応じてその表面が媒体材料の厚さ
   に比べて無視できる程度の厚さの被覆材料でコーティン
   グした光散乱体マイクロカプセルを、前記材料と屈折率
   差が小さい潤滑液を介して稠密に積層した光制御層を用
   いた、反射型表示装置。
7. 【請求項７】請求項１の反射型表示装置において、 請求項５の誘電体微小球を屈折率が微小球の屈折率の最
   小値に等しい材料によって反射光ピーク波長の半分の厚
   さで被覆した光散乱体球を、前記材料と屈折率が等しい
   潤滑液を介して稠密に積層した光制御層を用いた、反射
   型表示装置。
8. 【請求項８】請求項１の反射型表示装置において、 光吸収性色素を含有したゲストホスト液晶を媒体とした
   ことを特徴とする、反射型表示装置。
9. 【請求項９】請求項１の反射型表示装置において、 クロム等の針状金属粉，ヘパタイト針状結晶，ヨウ素結
   晶を含有したキニンまたはハイドロシンコニディンを媒
   体としたことを特徴とする、反射型表示装置。
10. 【請求項１０】請求項７の反射型表示装置において、 被覆材料としてＺｎＳ，ＳｉＯ₂ 、または両者の混合材
    料を用いたことを特徴とする、反射型表示装置。
11. 【請求項１１】請求項５の反射型表示装置において、 イオンシャワーを用いて作製した誘電体微小球を用いた
    ことを特徴とする、反射型表示装置。