JP4535685B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置、特に、媒質層中に微粒子を分散させ、電極間に印加する電圧により表示特性を制御する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型表示装置は、表示装置に入射する入射光の反射率を調整することによって表示特性の制御を行っており、表示装置とは別にバックライト等の光源を設ける必要がある透過型表示装置に比べると消費電力を低くすることができる。
【０００３】
反射型表示装置として、上下基板間の領域に光制御媒体として機能する多数の微粒子を分散させた媒質層を作製し、基板上に形成された電極に電圧を印加することにより微粒子を移動させて表示特性の制御を行う可動性微粒子ディスプレイ（以下、ＭＦＰＤ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼ぶことにする）が、本願出願人により出願された特許文献１に記載されている。
【０００４】
図１１（Ａ）は、以前に本願出願人により開発されたＭＦＰＤの構造を示す断面図である。
【０００５】
下側基板１ａの上には絶縁性光吸収層２ａが形成されている。絶縁性光吸収層２ａの一部領域上には第１電極３ａが形成されている。絶縁性光吸収層２ａ及び第１電極３ａを覆って配向膜５ａが形成されている。
【０００６】
一方、透明な上側基板１ｂの一部領域上には不透明電極である第２電極３ｂが形成されている。上側基板１ｂ及び第２電極３ｂを覆って配向膜５ｂが形成されている。
【０００７】
上側基板１ｂと下側基板１ａは所定距離だけ離れて対向配置されており、上下基板間の領域には媒質層６が形成されている。媒質層６には、液晶６ｂ中に多数の白色微粒子６ａが均一に分散された媒質が充填されている。上下基板間の媒質層６の周囲は、液晶６ｂが流出しないようにシール剤等により封止される。
【０００８】
表示装置Ｅ０は観測者により、上側基板１ｂの上方から観測される。第１電極３ａと第２電極３ｂの間に電圧を印加しない状態では、白色微粒子６ａは液晶６ｂ中に均一に分散している。表示装置Ｅ０の上部から入射する入射光Ｌ１は白色微粒子６ａにより散乱されるので、表示装置Ｅ０からは反射光Ｌ２が出射し、観測者は白色の状態を視認することになる。
【０００９】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）において第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に所定電圧を印加した時の表示装置Ｅ０の動作を説明する断面図である。
【００１０】
第１電極３ａと第２電極３ｂの間に電圧を印加すると、白色微粒子６ａは媒質層６中を上下基板と水平な方向Ｄ１に移動する。白色微粒子６ａは媒質層６中において、第１電極３ａの上側の領域から不透明電極である第２電極３ｂの下側の領域へと移動する。図１１（Ａ）の状態から図１１（Ｂ）の状態へと変化するには数秒の時間を要する。
【００１１】
表示装置Ｅ０の上部から入射する入射光Ｌ１は、上側基板１ｂ、配向膜５ｂ、媒質層６、配向膜５ａ、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等により構成される透明電極である第１電極３ａを透過して、絶縁性光吸収層２ａに吸収されるので、観測者は黒色の状態を視認することになる。
【００１２】
【特許文献１】
特願２００１−２８９７２４号明細書
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来用いられていたＭＦＰＤでは、上下基板にそれぞれ形成された電極間に電圧を印加して媒質層中の微粒子を移動させており、電極間に電圧を印加し始めてから微粒子の移動が完了するまでに数秒間かかっていた。
【００１４】
本発明の目的は、コントラストが良く、視角依存性が小さく、応答速度が速い表示装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第１の基板と、前記第１の基板の第１の領域上に形成される第１の電極と、前記第１の基板の第２の領域上であって、前記第１の電極との間に絶縁膜を挟んで形成される第２の電極と、前記第１の基板上に配置され、前記絶縁膜及び第２の電極を覆って形成される垂直配向膜と、前記垂直配向膜上に配置され、媒質中に多数の微粒子が分散された媒質層であって、前記媒質層を構成する媒質が、液晶性を有する有機材料であり、該微粒子は前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧により該媒質中を媒質全体と前記第２の電極上間で前記第１の基板と水平な方向に移動し、該媒質とは異なる光学的性質を有する媒質層とを有する表示装置が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例による表示装置Ｅ１の構造を説明する断面図である。
【００１７】
下側基板１ａの上には、黒の顔料を用いたブラックカラーフィルタからなる絶縁性光吸収層２ａが形成されている。本実施例では、絶縁性光吸収層２ａとして黒の顔料を用いたブラックカラーフィルタを使用したが、これに限らず、カーボンブラックを用いたブラックカラーフィルタを使用することもできる。また、下側基板１ａの外側表面に黒テープ等を貼り付けても良い。絶縁性光吸収層２ａの一部領域上には、透明電極ＩＴＯからなり電極幅がｘ１の第１電極３ａが形成されている。本実施例では、第１電極３ａの電極幅ｘ１として３５０μｍのものを形成した。絶縁性光吸収層２ａ及び第１電極３ａを覆って、膜厚がｘ２の透明絶縁膜４が形成されている。本実施例では、透明絶縁膜４として膜厚ｘ２が２μｍのアクリル系絶縁性有機膜を用いた。透明絶縁膜４の一部領域上には、モリブデンからなる第２電極３ｂが形成されている。透明絶縁膜４及び第２電極３ｂを覆って、アルキル側鎖付ポリイミドからなる垂直配向膜５ａが形成されている。
【００１８】
透明な上側基板１ｂの一部領域上には、黒色顔料を添加した樹脂からなる光遮光膜７が形成されている。上側基板１ｂ及び光遮光膜７を覆って、アルキル側鎖付ポリイミドからなる垂直配向膜５ｂが形成されている。
【００１９】
上側基板１ｂと下側基板１ａは所定距離ｘ３だけ離れて対向配置されている。本実施例においては、所定距離ｘ３が１１５μｍの表示装置を作製した。
【００２０】
上下基板間の媒質層６には、ＲＤＰ−００３３３（大日本インキ製）の液晶６ｂ中に、ＴｉＯ2と有機物の混合系からなる多数の白色微粒子６ａが分散されたものが充填されている。上下基板間の領域で媒質層６の周囲は、液晶６ｂが流出しないようにシール剤等により封止されている。
【００２１】
また、本実施例では、透明絶縁膜４として、アクリル系絶縁性有機膜を用いたが、これに限らず、その他の有機絶縁膜や、ＳｉＯ2やＳｉＮx等の無機絶縁膜、これらの絶縁膜を組み合わせて形成した絶縁膜を用いることもできる。
【００２２】
液晶６ｂ中に分散させる微粒子６ａの添加量は、１〜５０ｗｔ％、より好ましくは、１０〜３０ｗｔ％が良い。本実施例では、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａを２０ｗｔ％添加したものを使用した。
【００２３】
微粒子６ａの粒径は、０．５〜１００μｍ、より好ましくは、２〜２０μｍが良い。本実施例では、白色微粒子６ａの粒径として６μｍのものを使用した。
【００２４】
図２（Ａ）は、表示装置Ｅ１（図１）の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加していない時の表示特性を説明する断面図である。
【００２５】
表示装置Ｅ１の第１電極３ａと第２電極３ｂの間に電圧を印加していない時は、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａが均一に分散している。入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ及び垂直配向膜５ｂを透過して媒質層６に入射する。入射光Ｌ１は白色微粒子６ａによって散乱され、反射光Ｌ２が垂直配向膜５ｂ及び上側基板１ｂを透過して表示装置Ｅ１の外部に出射する。表示装置Ｅ１の上部から観測している観測者は白色の状態を視認することになる。
【００２６】
図２（Ｂ）は、表示装置Ｅ１（図１）の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に所定の電圧を印加した時の表示特性を説明する断面図である。
【００２７】
表示装置Ｅ１の第１電極３ａに−１２０Ｖ、第２電極３ｂに＋１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加すると、媒質層６中において第１電極３ａ及び第２電極３ｂ上の領域に均一に分散していた白色微粒子６ａは、上下基板と水平な方向Ｄ１に移動して、第２電極３ｂの領域上に集まる。
【００２８】
入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ、垂直配向膜５ｂ、媒質層６、垂直配向膜５ａ、透明絶縁膜４、第１電極３ａをそれぞれ透過して絶縁性光吸収層２ａによって吸収される。入射光Ｌ１は絶縁性光吸収層２ａによって吸収され、反射して来ないため、表示装置Ｅ１の上部から観測している観測者は黒色の状態を視認することになる。
【００２９】
上記の場合とは電極に印加する電圧を逆にして、第１電極３ａに＋１２０Ｖ、第２電極３ｂに−１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加すると、白色微粒子６ａが移動して、表示装置Ｅ１は図２（Ｂ）の状態から図２（Ａ）の状態に変化する。
【００３０】
白色に視認される図２（Ａ）の状態と、黒色に視認される図２（Ｂ）の状態は、電極に印加する電圧を制御することにより何度でも繰り返して操作することができる。
【００３１】
また、白色微粒子６ａが移動している最中若しくは移動後に印加していた電圧を切ると、白色微粒子６ａはその場所で動かなくなり、長時間（数ヶ月以上も）その状態を保持する。これは、異方性流体である液晶が、分子同士が揃って並ぼうとする自発的な分子配向性を有しており、微粒子を液晶中に安定に固定する性質があるためであると思われる。
【００３２】
図３（Ａ）は、第１の実施例における表示装置Ｅ１と電圧印加時の反射率の応答特性を比較するために作製した第１の変形例における表示装置Ｅ１’の構造を説明する断面図である。
【００３３】
表示装置Ｅ１’は、第１の実施例における表示装置Ｅ１と比較して、光遮光膜７（図１）の代わりに第３電極３ｃが設けられている点で相違する。すなわち、第１の実施例における上側基板側の構造は、上側基板１ｂの一部領域上に光遮光膜７が形成され、上側基板１ｂ及び光遮光膜７を覆って垂直配向膜５ｂが形成されていたが、第１の変形例における上側基板側の構造は、上側基板１ｂの一部領域上に第３電極３ｃが形成され、上側基板１ｂ及び第３電極３ｃを覆って垂直配向膜５ｂが形成されている。
【００３４】
図３（Ｂ）は、下側基板１ａに２電極を形成した表示装置Ｅ１（図１）と、上下基板に３電極を形成した表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））をそれぞれ用いた場合の電圧印加時間（横軸）と反射率（縦軸）の関係を示したグラフである。
【００３５】
黒丸のプロットにより表わされる曲線ａは、下側基板１ａに２電極を形成した表示装置Ｅ１（図１）を用いた場合の実験結果であり、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａが均一に分散している状態（図２（Ａ））において、第１電極３ａに−１２０Ｖ、第２電極３ｂに＋１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加した時に反射率がどのように変化したかを示したものである。
【００３６】
白丸のプロットにより表わされる曲線ｂは、上下基板に３電極を形成した表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））を用いた場合の実験結果であり、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａが均一に分散している状態において、第１電極３ａに−１２０Ｖ、第２電極３ｂに＋１２０Ｖ、第３電極３ｃに０Ｖの電圧をそれぞれ印加した時に反射率がどのように変化したかを示したものである。
【００３７】
上下基板に３電極を形成した表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））よりも下側基板側に２電極を形成した表示装置Ｅ１（図１）の方が、各電極間に電圧を印加した場合の反射率の変化が若干速いことが分かる。
【００３８】
曲線ａでは約０．０３秒で反射率が約１０％まで低下しており、曲線ｂでは、約０．０６秒で反射率が約１０％まで低下している。表示装置Ｅ１（図１）では１秒間に（１秒／約０．０３秒）＝約３０回の白表示と黒表示間の変換が可能であり、表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））では１秒間に（１秒／約０．０６秒）＝約１５回の白表示と黒表示間の変換が可能である。
【００３９】
電極間に電圧を印加して０．１秒以内に表示装置の反射率を高速に制御できるという特性は、高速タイプのＳＴＮ−ＬＣＤと同等であり、動画表示にも対応することができる。
【００４０】
図４は、入射光として拡散光源を使用した場合の表示装置Ｅ１（図１）における白色表示と黒色表示それぞれの場合の視角（横軸）と反射率（縦軸）の関係をプロットしたグラフである。
【００４１】
白丸のプロットｃは表示装置Ｅ１（図１）の各電極間に電圧を印加していない状態（図２（Ａ））での白色表示の視角と反射率の関係を示したものであり、黒丸のプロットｄは表示装置Ｅ１（図１）の電極間に電圧を印加した状態（図２（Ｂ））での黒色表示の視角と反射率の関係を示したものである。
【００４２】
白色表示の場合には視角が０度から５５度の範囲において、反射率が約４５％の値を示しており、視角によらずほぼ均一で高い反射率が得られている。黒表示の場合には視角が０度から５５度の範囲において、反射率が約５％の値を示しており、視角によらずほぼ均一で低い反射率が得られている。
【００４３】
本実施例の表示装置を用いれば、表示装置を観測する観測者の視角が変化しても均一で、しかも白色表示と黒色表示のコントラストが良好な表示特性を得ることができる。
【００４４】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例の表示装置Ｅ１（図１）における第１電極３ａと第２電極３ｂの構造を説明する平面図である。
【００４５】
図５（Ａ）は、第１電極３ａの構造を説明する平面図であり、図１の表示装置Ｅ１を上側基板１ｂ側から観測した場合に、第１電極３ａが格子状の平面構造により形成されていることを示している。
【００４６】
図５（Ｂ）は、第２電極３ｂの構造を説明する平面図であり、図１の表示装置Ｅ１を上側基板１ｂ側から観測した場合に、第２電極３ｂが格子状の平面構造により形成されていることを示している。
【００４７】
図５（Ｃ）は、表示装置Ｅ１における第１電極３ａと第２電極３ｂの配置関係を示したものであり、図１の表示装置Ｅ１を上側基板１ｂ側から観測した場合の平面図である。
【００４８】
第１電極３ａと第２電極３ｂは、絶縁膜等を介して対向配置される。点線で囲んだ領域Ｓが表示装置Ｅ１に相当する。
【００４９】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、表示装置Ｅ１（図１）の各電極間に電圧を印加した場合の表示特性の変化を観測した顕微鏡写真である。
【００５０】
図６（Ａ）は、表示装置Ｅ１に電圧を印加していない時の状態（図２（Ａ））を観測した顕微鏡写真である。
【００５１】
白色微粒子６ａが液晶６ｂ中に均一に分散しており、表示装置Ｅ１の周辺部に黒く格子状に形成されている領域（遮光膜７に相当する）に囲まれている正方形の領域が白色に視認されている。
【００５２】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態において、各電極間に電圧を印加した直後の表示装置Ｅ１の状態を観察した顕微鏡写真である。
【００５３】
白色微粒子が表示装置Ｅ１の周辺部に向けて移動を始めており、表示装置Ｅ１の中央部に黒く視認される領域が出現している。
【００５４】
図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の状態から更に電極間に電圧を印加し続けた場合の表示装置Ｅ１の状態を観察した顕微鏡写真である。
【００５５】
白色微粒子６ａは更に表示装置Ｅ１の周辺部に向けて移動しており、表示装置中央部の黒く視認される領域が拡大している。表示装置の周辺部に到達した白色微粒子６ａは、格子状に黒く視認されている領域の下に隠れるため、表示装置Ｅ１の上部からは視認できなくなる。
【００５６】
図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）の状態から更に電極間に電圧を印加し続けた場合の表示装置Ｅ１の状態を観察した顕微鏡写真である。
【００５７】
図６（Ｃ）の状態からあまり変化は見られないが、表示装置Ｅ１の中央部の黒く視認される領域が図６（Ｃ）の状態よりも若干拡大している。
【００５８】
第１の実施例では、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、格子状の形状を有する第１電極３ａ及び第２電極３ｂを用いたが、電極の形状はこれらに限定されるものではない。例えば、次に説明する図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すような第１電極３ａ及び第２電極３ｂの組み合わせを用いることもできる。
【００５９】
図７（Ａ）は、第１電極３ａを円状に形成した場合の平面図であり、図７（Ａ’）は、第２電極３ｂを円環状に形成した場合の平面図である。円状の第１電極３ａの上に、絶縁膜等を介して、円環状の第２電極３ｂが形成される。電極間に印加する電圧を制御することにより、白色微粒子６ａを円状の第１電極３ａ上に均一に分散させれば白色表示が得られ、白色微粒子６ａを円環状の第２電極３ｂ上の領域に移動させると黒色表示が得られる。
【００６０】
図７（Ｂ）は、第１電極３ａを六角形状に形成した場合の平面図であり、図７（Ｂ’）は、第２電極３ｂを蜂の巣状に形成した場合の平面図である。電極間に印加する電圧を制御することにより、白色微粒子６ａを六角形状の第１電極３ａ上に均一に分散させれば白色表示が得られ、白色微粒子６ａを蜂の巣状の第２電極３ｂ上の領域に移動させると黒色表示が得られる。
【００６１】
図７（Ｂ）及び（Ｂ’）に示すような電極の形状を有する表示装置を作製すれば、平面上に隙間なく表示装置を並べることができる。
【００６２】
図７（Ｃ）は、第１電極３ａをストライプ状に形成した場合の平面図であり、図７（Ｃ’）は、第２電極３ｂを補間的ストライプ状に形成した場合の平面図である。電極間に印加する電圧を制御することにより、白色微粒子６ａをストライプ状の第１電極３ａ上に均一に分散させれば白色表示が得られ、白色微粒子６ａを補間的ストライプ状の第２電極３ｂ上の領域に移動させると黒色表示が得られる。
【００６３】
なお、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、第１電極３ａの形状を円状、六角形状、ストライプ状にした場合についてそれぞれ説明したが、これに限られずベタ状の電極形状を用いることもできる。
【００６４】
本実施例では、上下基板間の距離ｘ３（図１）として１１５μｍの表示装置を用いた場合について説明した。良好な反射率を得るためには、上下基板間距離ｘ３が１００μｍ以上であることが好ましい。従来のＭＦＰＤでは上下基板間の距離ｘ３が厚くなると、上下基板にそれぞれ形成された電極間に電圧を印加しても表示装置の中央部の領域上に存在する微粒子６ａが、上下基板と水平な方向に移動しないという問題があったが、本実施例における表示装置Ｅ１ではそのような問題は生じなかった。
【００６５】
ただ、上下基板間の距離ｘ３が２００μｍ以上になると、第１電極３ａと第２電極３ｂ間に電圧を印加するのを止めた時に、表示装置の中央部に白色微粒子６ａが少し引き戻されるという現象が見られた。この現象は、電極間に印加する電圧の波形、電極の構造、媒質層の構造などを改善することにより解消することができると思われるが、現状では原因は解明されていない。
【００６６】
また、本実施例では、第１電極３ａ及び第２電極３ｂを下側基板１ａ側に形成した場合について説明したが、第１電極３ａ及び第２電極３ｂを上側基板１ｂ側に形成することもできる。ただし、第１電極３ａとして用いているＩＴＯの屈折率が高いため、第１電極３ａを上側基板１ｂ側に形成すると、ＩＴＯの表面反射により黒色表示の表示特性が劣化するおそれがある。
【００６７】
また、本実施例では液晶６ｂ中に分散させる微粒子として白色微粒子６ａを用いる場合について説明したが、白色以外の着色した微粒子を用いることもできる。その場合には、電極間に電圧を印加しない時は着色した微粒子の色が視認され、電圧を印加した時は黒色に視認されることになる。
【００６８】
また、本実施例では、微粒子を分散させる媒質として絶縁性の流動性材料である液晶を用いたが、媒質として用いることができるのは液晶に限られない。媒質として液晶を使用する場合には、誘電率異方性が正又は負のいずれの液晶でも用いることができる。誘電率異方性の絶対値が大きい方が、微粒子の移動速度が速い傾向がある。
【００６９】
以上第１の実施例について説明した。次に第２の実施例について説明する。
【００７０】
図８（Ａ）は、本発明の第２の実施例による表示装置Ｅ２の構造を説明する断面図である。
【００７１】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では第１電極３ａの下に絶縁性光吸収層２ａが形成されていたが、第２の実施例における表示装置Ｅ２では第２電極３ｂの上に絶縁性光吸収層２ａが形成される点で相違している。
【００７２】
第２の実施例における表示装置Ｅ２の下側基板側の構造は、下側基板１ａの一部領域上に第１電極３ａが形成され、下側基板１ａ及び第１電極３ａを覆って透明絶縁膜４が形成され、透明絶縁膜４の一部領域上に第２電極３ｂが形成され、透明絶縁膜４及び第２電極３ｂを覆って絶縁性光吸収層２ａが形成され、絶縁性光吸収層２ａ上に垂直配向膜５ａが形成されている。
【００７３】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では、電圧印加時に入射光が絶縁性光吸収層２ａに吸収されるまでに、第１電極３ａを透過する必要があったため、電極３ａはＩＴＯ等の透明電極を用いる必要があった。
【００７４】
これに対し、第２の実施例における表示装置Ｅ２では、電圧印加時に入射光が絶縁性光吸収層２ａに吸収されるまでに第１電極３ａを透過する必要がない。第１電極３ａとして透明電極ＩＴＯ以外のアルミニウムやモリブデン等の不透明電極を用いることもできる。
【００７５】
ただし、本実施例においては、絶縁性光吸収層２ａから液晶６ｂ中に不純物イオン等が流れ出すおそれがあるので、それを防ぐため絶縁性光吸収層２ａ上にトップコート層を形成する場合もある。
【００７６】
以上第２の実施例について説明した。次に第３の実施例について説明する。
【００７７】
図８（Ｂ）は、本発明の第３の実施例による表示装置Ｅ３の構造を説明する断面図である。
【００７８】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では第１電極３ａの下に絶縁性光吸収層２ａが形成されていたが、第３の実施例における表示装置Ｅ３では第１電極３ａと第２電極３ｂの間に絶縁性光吸収層２ａが形成される点で相違している。
【００７９】
第３の実施例における表示装置Ｅ３の下側基板の構造は、下側基板１ａの一部領域上に第１電極３ａが形成され、下側基板１ａ及び第１電極３ａを覆って絶縁性光吸収層２ａが形成され、絶縁性光吸収層２ａの上に透明絶縁膜４が形成され、透明絶縁膜４の一部領域上に第２電極３ｂが形成され、透明絶縁膜４及び第２電
極３ｂを覆って垂直配向膜５ａが形成されている。
【００８０】
第３の実施例における表示装置Ｅ３では、第２の実施例同様、電圧印加時に入射光が絶縁性光吸収層２ａに吸収されるまでに第１電極３ａを透過する必要がない。第１電極３ａとして透明電極ＩＴＯ以外のアルミニウムやモリブデン等の不透明電極を用いることもできる。
【００８１】
図８（Ｂ）では下側基板１ａ及び第１電極３ａに密着して絶縁性光吸収層２ａが形成される場合を図示したが、絶縁性光吸収層２ａが第１電極３ａと第２電極３ｂの間に形成されるものであれば、図８（Ｂ）に図示した構造に限定されるものではない。
【００８２】
以上第３の実施例について説明した。次に第４の実施例について説明する。
【００８３】
図９（Ａ）は、本発明の第４の実施例による表示装置Ｅ４の構造を説明する断面図である。
【００８４】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では、電極間に電圧を印加しない時は液晶６ｂ中に分散させた白色微粒子６ａにより入射光を反射し、電圧を印加した時は絶縁性光吸収層２ａで入射光を吸収する場合について説明した。
【００８５】
第４の実施例における表示装置Ｅ４では、液晶６ｂ中に分散させる微粒子として黒色微粒子６ｃを用い、絶縁性光吸収層２ａ（図１）の代わりに光反射面（光反射は、散乱反射と鏡面反射の両方を含むものとする）を有するアルミニウムや銀等からなる光反射層２ｂを用いる点で、表示装置Ｅ１とは相違している。
【００８６】
第４の実施例における表示装置Ｅ４では、第１電極３ａと第２電極３ｂ間に電圧を印加しない時は図９（Ａ）に示すように、入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ、垂直配向膜５ｂを透過して媒質層６に入射し、媒質層６に均一に分散している黒色微粒子６ｃにより吸収される。表示装置Ｅ４の上部から観測している観測者は黒色の状態を視認することになる。
【００８７】
図９（Ｂ）は、表示装置Ｅ４の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加した時の表示特性を説明する断面図である。
【００８８】
表示装置Ｅ４の第１電極３ａと第２電極３ｂ間に電圧を印加すると、黒色微粒子６ｃは、上下基板と水平な方向Ｄ１に移動して、第２電極３ｂの領域上に集まる。
【００８９】
入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ、垂直配向膜５ｂ、媒質層６、垂直配向膜５ａ、透明絶縁膜４、第１電極３ａをそれぞれ透過して光反射層２ｂによって反射される。光反射層２ｂによって反射された反射光Ｌ２は、第１電極３ａ、透明絶縁膜４、垂直配向膜５ａ、媒質層６、垂直配向膜５ｂ、透明な上側基板１ｂを透過して表示装置Ｅ４から出射する。表示装置Ｅ１の上部から観測している観測者は白色の状態を視認することになる。
【００９０】
第４の実施例では、液晶６ｂ中に分散させる微粒子として黒色微粒子６ｃを用いる場合について説明したが、黒色以外の着色した微粒子を用いることもできる。その場合には、電圧を印加しない時は着色した微粒子の色が視認され、電圧を印加した時は白色が視認されることになる。
【００９１】
以上第４の実施例について説明した。次に第５の実施例について説明する。
【００９２】
図１０（Ａ）は、本発明の第５の実施例による表示装置Ｅ５の構造を説明する断面図である。
【００９３】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では、上側基板１ｂが媒質層６を介して下側基板に対向配置されていたが、第５の実施例では上側基板を設けずに、媒質層６をマイクロカプセル等の透明な膜によって下側基板上に固定する。
【００９４】
本実施例では、電極間に印加する電圧を調整することにより液晶６ｂ中の白色微粒子６ａの分散密度を制御して、白色表示と黒色表示の切り換えを操作することが考えられる。第２電極３ｂ上の領域であって媒質層６を介した透明な膜８上の領域に遮光膜を形成することにより表示特性を制御することができる。
【００９５】
以上第５の実施例について説明した。次に第６の実施例について説明する。
【００９６】
図１０（Ｂ）は、本発明の第６の実施例による表示装置Ｅ６の構造を説明する断面図である。
【００９７】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では第１電極３ａ上に透明絶縁膜４を介して第２電極３ｂが形成されていたが、第６の実施例における表示装置Ｅ６では、第２電極３ｂの上に透明絶縁膜４を介して第１電極３ａが形成されている点で相違する。
【００９８】
第６の実施例における表示装置Ｅ６の下側基板側の構造は、下側基板１ａ上に絶縁性光吸収層２ａが形成され、絶縁性光吸収層２ａの一部領域上に第２電極３ｂが形成され、絶縁性光吸収層２ａ及び第２電極３ｂを覆って透明絶縁膜４が形成され、透明絶縁膜４の一部領域上に第１電極３ａが形成され、透明絶縁膜４及び第１電極３ａを覆って垂直配向膜５ａが形成される。
【００９９】
第６の実施例の表示装置Ｅ６において、第１電極に−１２０Ｖ、第２電極に＋１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加すると、第１の実施例の表示装置Ｅ１とほぼ同じ白色微粒子６ａの制御が可能であることが確認された。
【０１００】
上述の実施例によれば、一方の基板上に２つの電極を形成するため、他方の基板には電極を形成する必要がない。よって、他方の基板については、基板に使用する材料を自由に選択できるため、基板上に電極を形成する工程に耐えることができない耐熱性の低い基板材料（例えば、フィルム基板やプラスチック基板）、表面に凹凸を有する基板などを使用することもできる。また、電極が設けられていない方の基板を省略することも可能である。
【０１０１】
また、上下基板のそれぞれに電極を形成する場合には、媒質層を挟んで上側基板と下側基板を対向配置して表示装置を作製する必要があるため、上下基板にそれぞれ形成されている電極の位置合わせを正確に行うことが必要であった。片側の基板上に２つの電極を形成する場合、上下基板間の位置合わせを行うために高価な位置合わせ装置等を用いる必要がなくなる。
【０１０２】
上述した表示装置は、例えば、ディスプレイ全般、児童用玩具、紙や印刷物（雑誌、新聞、ポスター等）の代替品全般（電子の紙）、カメラの絞り、ストロボ光量調整、印画紙用書き込み光源等の光学部品全般に利用することが可能である。
【０１０３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コントラストが良く、視角依存性が小さく、応答速度が速い表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施例による表示装置Ｅ１の構造を説明する断面図である。
【図２】 図２（Ａ）は、表示装置Ｅ１の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加していない時の、図２（Ｂ）は、電圧を印加した時の表示特性をそれぞれ説明する断面図である。
【図３】 図３（Ａ）は、本発明の第１の変形例における表示装置Ｅ１’の構造を説明する断面図であり、図３（Ｂ）は、表示装置Ｅ１と表示装置Ｅ１’をそれぞれ用いた場合の電圧印加時間と反射率の関係を示したグラフである。
【図４】 図４は、入射光として拡散光源を使用した場合の表示装置Ｅ１における白色表示と黒色表示それぞれの場合の視角と反射率の関係をプロットしたグラフである。
【図５】 図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例の表示装置Ｅ１における第１電極３ａと第２電極３ｂの構造を説明する平面図である。
【図６】 図６（Ａ）〜（Ｄ）は、表示装置Ｅ１の各電極間に電圧を印加した場合の表示特性の変化を観測した顕微鏡写真である。
【図７】 図７（Ａ）、（Ａ’）、（Ｂ）、（Ｂ’）、（Ｃ）、（Ｃ’）は、表示装置に用いることができる第１電極３ａと第２電極３ｂの形状を説明する平面図である。
【図８】 図８（Ａ）は、本発明の第２の実施例による表示装置Ｅ２の構造を説明する断面図であり、図８（Ｂ）は、本発明の第３の実施例による表示装置Ｅ３の構造を説明する断面図である。
【図９】 図９（Ａ）は、本発明の第４の実施例による表示装置Ｅ４の構造を説明する断面図であり、図９（Ｂ）は、表示装置Ｅ４の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加した時の表示特性を説明する断面図である。
【図１０】 図１０（Ａ）は、本発明の第５の実施例による表示装置Ｅ５の構造を説明する断面図であり、図１０（Ｂ）は、本発明の第６の実施例による表示装置Ｅ６の構造を説明する断面図である。
【図１１】 図１１（Ａ）は、以前に本願出願人により開発された表示装置Ｅ０の構造を示す断面図であり、図１１（Ｂ）は、表示装置Ｅ０の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に所定電圧を印加した時の動作を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ａ 下側基板
１ｂ 上側基板
２ａ 光吸収層
２ｂ 光反射層
３ａ 第１電極
３ｂ 第２電極
３ｃ 第３電極
４ 透明絶縁膜
５ａ，５ｂ 配向膜
６ 媒質層
６ａ 白色微粒子
６ｂ 液晶
６ｃ 黒色微粒子
７ 遮光膜
８ 透明な膜
Ｅ０〜Ｅ６ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置、特に、媒質層中に微粒子を分散させ、電極間に印加する電圧により表示特性を制御する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型表示装置は、表示装置に入射する入射光の反射率を調整することによって表示特性の制御を行っており、表示装置とは別にバックライト等の光源を設ける必要がある透過型表示装置に比べると消費電力を低くすることができる。
【０００３】
反射型表示装置として、上下基板間の領域に光制御媒体として機能する多数の微粒子を分散させた媒質層を作製し、基板上に形成された電極に電圧を印加することにより微粒子を移動させて表示特性の制御を行う可動性微粒子ディスプレイ（以下、ＭＦＰＤ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）と呼ぶことにする）が、本願出願人により出願された特許文献１に記載されている。
【０００４】
図１１（Ａ）は、以前に本願出願人により開発されたＭＦＰＤの構造を示す断面図である。
【０００５】
下側基板１ａの上には絶縁性光吸収層２ａが形成されている。絶縁性光吸収層２ａの一部領域上には第１電極３ａが形成されている。絶縁性光吸収層２ａ及び第１電極３ａを覆って配向膜５ａが形成されている。
【０００６】
一方、透明な上側基板１ｂの一部領域上には不透明電極である第２電極３ｂが形成されている。上側基板１ｂ及び第２電極３ｂを覆って配向膜５ｂが形成されている。
【０００７】
上側基板１ｂと下側基板１ａは所定距離だけ離れて対向配置されており、上下基板間の領域には媒質層６が形成されている。媒質層６には、液晶６ｂ中に多数の白色微粒子６ａが均一に分散された媒質が充填されている。上下基板間の媒質層６の周囲は、液晶６ｂが流出しないようにシール剤等により封止される。
【０００８】
表示装置Ｅ０は観測者により、上側基板１ｂの上方から観測される。第１電極３ａと第２電極３ｂの間に電圧を印加しない状態では、白色微粒子６ａは液晶６ｂ中に均一に分散している。表示装置Ｅ０の上部から入射する入射光Ｌ１は白色微粒子６ａにより散乱されるので、表示装置Ｅ０からは反射光Ｌ２が出射し、観測者は白色の状態を視認することになる。
【０００９】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）において第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に所定電圧を印加した時の表示装置Ｅ０の動作を説明する断面図である。
【００１０】
第１電極３ａと第２電極３ｂの間に電圧を印加すると、白色微粒子６ａは媒質層６中を上下基板と水平な方向Ｄ１に移動する。白色微粒子６ａは媒質層６中において、第１電極３ａの上側の領域から不透明電極である第２電極３ｂの下側の領域へと移動する。図１１（Ａ）の状態から図１１（Ｂ）の状態へと変化するには数秒の時間を要する。
【００１１】
表示装置Ｅ０の上部から入射する入射光Ｌ１は、上側基板１ｂ、配向膜５ｂ、媒質層６、配向膜５ａ、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等により構成される透明電極である第１電極３ａを透過して、絶縁性光吸収層２ａに吸収されるので、観測者は黒色の状態を視認することになる。
【００１２】
【特許文献１】
特願２００１−２８９７２４号明細書
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来用いられていたＭＦＰＤでは、上下基板にそれぞれ形成された電極間に電圧を印加して媒質層中の微粒子を移動させており、電極間に電圧を印加し始めてから微粒子の移動が完了するまでに数秒間かかっていた。
【００１４】
本発明の目的は、コントラストが良く、視角依存性が小さく、応答速度が速い表示装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第１の基板と、前記第１の基板の第１の領域上に形成される第１の電極と、前記第１の基板の第２の領域上であって、前記第１の電極との間に絶縁膜を挟んで形成される第２の電極と、前記第１の基板上に配置され、前記絶縁膜及び第２の電極を覆って形成される垂直配向膜と、前記垂直配向膜上に配置され、媒質中に多数の微粒子が分散された媒質層であって、前記媒質層を構成する媒質が、液晶性を有する有機材料であり、該微粒子は前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧により該媒質中を媒質全体と前記第２の電極上間で前記第１の基板と水平な方向に移動し、該媒質とは異なる光学的性質を有する媒質層とを有する表示装置が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例による表示装置Ｅ１の構造を説明する断面図である。
【００１７】
下側基板１ａの上には、黒の顔料を用いたブラックカラーフィルタからなる絶縁性光吸収層２ａが形成されている。本実施例では、絶縁性光吸収層２ａとして黒の顔料を用いたブラックカラーフィルタを使用したが、これに限らず、カーボンブラックを用いたブラックカラーフィルタを使用することもできる。また、下側基板１ａの外側表面に黒テープ等を貼り付けても良い。絶縁性光吸収層２ａの一部領域上には、透明電極ＩＴＯからなり電極幅がｘ１の第１電極３ａが形成されている。本実施例では、第１電極３ａの電極幅ｘ１として３５０μｍのものを形成した。絶縁性光吸収層２ａ及び第１電極３ａを覆って、膜厚がｘ２の透明絶縁膜４が形成されている。本実施例では、透明絶縁膜４として膜厚ｘ２が２μｍのアクリル系絶縁性有機膜を用いた。透明絶縁膜４の一部領域上には、モリブデンからなる第２電極３ｂが形成されている。透明絶縁膜４及び第２電極３ｂを覆って、アルキル側鎖付ポリイミドからなる垂直配向膜５ａが形成されている。
【００１８】
透明な上側基板１ｂの一部領域上には、黒色顔料を添加した樹脂からなる光遮光膜７が形成されている。上側基板１ｂ及び光遮光膜７を覆って、アルキル側鎖付ポリイミドからなる垂直配向膜５ｂが形成されている。
【００１９】
上側基板１ｂと下側基板１ａは所定距離ｘ３だけ離れて対向配置されている。本実施例においては、所定距離ｘ３が１１５μｍの表示装置を作製した。
【００２０】
上下基板間の媒質層６には、ＲＤＰ−００３３３（大日本インキ製）の液晶６ｂ中に、ＴｉＯ2と有機物の混合系からなる多数の白色微粒子６ａが分散されたものが充填されている。上下基板間の領域で媒質層６の周囲は、液晶６ｂが流出しないようにシール剤等により封止されている。
【００２１】
また、本実施例では、透明絶縁膜４として、アクリル系絶縁性有機膜を用いたが、これに限らず、その他の有機絶縁膜や、ＳｉＯ2やＳｉＮx等の無機絶縁膜、これらの絶縁膜を組み合わせて形成した絶縁膜を用いることもできる。
【００２２】
液晶６ｂ中に分散させる微粒子６ａの添加量は、１〜５０ｗｔ％、より好ましくは、１０〜３０ｗｔ％が良い。本実施例では、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａを２０ｗｔ％添加したものを使用した。
【００２３】
微粒子６ａの粒径は、０．５〜１００μｍ、より好ましくは、２〜２０μｍが良い。本実施例では、白色微粒子６ａの粒径として６μｍのものを使用した。
【００２４】
図２（Ａ）は、表示装置Ｅ１（図１）の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加していない時の表示特性を説明する断面図である。
【００２５】
表示装置Ｅ１の第１電極３ａと第２電極３ｂの間に電圧を印加していない時は、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａが均一に分散している。入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ及び垂直配向膜５ｂを透過して媒質層６に入射する。入射光Ｌ１は白色微粒子６ａによって散乱され、反射光Ｌ２が垂直配向膜５ｂ及び上側基板１ｂを透過して表示装置Ｅ１の外部に出射する。表示装置Ｅ１の上部から観測している観測者は白色の状態を視認することになる。
【００２６】
図２（Ｂ）は、表示装置Ｅ１（図１）の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に所定の電圧を印加した時の表示特性を説明する断面図である。
【００２７】
表示装置Ｅ１の第１電極３ａに−１２０Ｖ、第２電極３ｂに＋１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加すると、媒質層６中において第１電極３ａ及び第２電極３ｂ上の領域に均一に分散していた白色微粒子６ａは、上下基板と水平な方向Ｄ１に移動して、第２電極３ｂの領域上に集まる。
【００２８】
入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ、垂直配向膜５ｂ、媒質層６、垂直配向膜５ａ、透明絶縁膜４、第１電極３ａをそれぞれ透過して絶縁性光吸収層２ａによって吸収される。入射光Ｌ１は絶縁性光吸収層２ａによって吸収され、反射して来ないため、表示装置Ｅ１の上部から観測している観測者は黒色の状態を視認することになる。
【００２９】
上記の場合とは電極に印加する電圧を逆にして、第１電極３ａに＋１２０Ｖ、第２電極３ｂに−１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加すると、白色微粒子６ａが移動して、表示装置Ｅ１は図２（Ｂ）の状態から図２（Ａ）の状態に変化する。
【００３０】
白色に視認される図２（Ａ）の状態と、黒色に視認される図２（Ｂ）の状態は、電極に印加する電圧を制御することにより何度でも繰り返して操作することができる。
【００３１】
また、白色微粒子６ａが移動している最中若しくは移動後に印加していた電圧を切ると、白色微粒子６ａはその場所で動かなくなり、長時間（数ヶ月以上も）その状態を保持する。これは、異方性流体である液晶が、分子同士が揃って並ぼうとする自発的な分子配向性を有しており、微粒子を液晶中に安定に固定する性質があるためであると思われる。
【００３２】
図３（Ａ）は、第１の実施例における表示装置Ｅ１と電圧印加時の反射率の応答特性を比較するために作製した第１の変形例における表示装置Ｅ１’の構造を説明する断面図である。
【００３３】
表示装置Ｅ１’は、第１の実施例における表示装置Ｅ１と比較して、光遮光膜７（図１）の代わりに第３電極３ｃが設けられている点で相違する。すなわち、第１の実施例における上側基板側の構造は、上側基板１ｂの一部領域上に光遮光膜７が形成され、上側基板１ｂ及び光遮光膜７を覆って垂直配向膜５ｂが形成されていたが、第１の変形例における上側基板側の構造は、上側基板１ｂの一部領域上に第３電極３ｃが形成され、上側基板１ｂ及び第３電極３ｃを覆って垂直配向膜５ｂが形成されている。
【００３４】
図３（Ｂ）は、下側基板１ａに２電極を形成した表示装置Ｅ１（図１）と、上下基板に３電極を形成した表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））をそれぞれ用いた場合の電圧印加時間（横軸）と反射率（縦軸）の関係を示したグラフである。
【００３５】
黒丸のプロットにより表わされる曲線ａは、下側基板１ａに２電極を形成した表示装置Ｅ１（図１）を用いた場合の実験結果であり、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａが均一に分散している状態（図２（Ａ））において、第１電極３ａに−１２０Ｖ、第２電極３ｂに＋１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加した時に反射率がどのように変化したかを示したものである。
【００３６】
白丸のプロットにより表わされる曲線ｂは、上下基板に３電極を形成した表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））を用いた場合の実験結果であり、液晶６ｂ中に白色微粒子６ａが均一に分散している状態において、第１電極３ａに−１２０Ｖ、第２電極３ｂに＋１２０Ｖ、第３電極３ｃに０Ｖの電圧をそれぞれ印加した時に反射率がどのように変化したかを示したものである。
【００３７】
上下基板に３電極を形成した表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））よりも下側基板側に２電極を形成した表示装置Ｅ１（図１）の方が、各電極間に電圧を印加した場合の反射率の変化が若干速いことが分かる。
【００３８】
曲線ａでは約０．０３秒で反射率が約１０％まで低下しており、曲線ｂでは、約０．０６秒で反射率が約１０％まで低下している。表示装置Ｅ１（図１）では１秒間に（１秒／約０．０３秒）＝約３０回の白表示と黒表示間の変換が可能であり、表示装置Ｅ１’（図３（Ａ））では１秒間に（１秒／約０．０６秒）＝約１５回の白表示と黒表示間の変換が可能である。
【００３９】
電極間に電圧を印加して０．１秒以内に表示装置の反射率を高速に制御できるという特性は、高速タイプのＳＴＮ−ＬＣＤと同等であり、動画表示にも対応することができる。
【００４０】
図４は、入射光として拡散光源を使用した場合の表示装置Ｅ１（図１）における白色表示と黒色表示それぞれの場合の視角（横軸）と反射率（縦軸）の関係をプロットしたグラフである。
【００４１】
白丸のプロットｃは表示装置Ｅ１（図１）の各電極間に電圧を印加していない状態（図２（Ａ））での白色表示の視角と反射率の関係を示したものであり、黒丸のプロットｄは表示装置Ｅ１（図１）の電極間に電圧を印加した状態（図２（Ｂ））での黒色表示の視角と反射率の関係を示したものである。
【００４２】
白色表示の場合には視角が０度から５５度の範囲において、反射率が約４５％の値を示しており、視角によらずほぼ均一で高い反射率が得られている。黒表示の場合には視角が０度から５５度の範囲において、反射率が約５％の値を示しており、視角によらずほぼ均一で低い反射率が得られている。
【００４３】
本実施例の表示装置を用いれば、表示装置を観測する観測者の視角が変化しても均一で、しかも白色表示と黒色表示のコントラストが良好な表示特性を得ることができる。
【００４４】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例の表示装置Ｅ１（図１）における第１電極３ａと第２電極３ｂの構造を説明する平面図である。
【００４５】
図５（Ａ）は、第１電極３ａの構造を説明する平面図であり、図１の表示装置Ｅ１を上側基板１ｂ側から観測した場合に、第１電極３ａが格子状の平面構造により形成されていることを示している。
【００４６】
図５（Ｂ）は、第２電極３ｂの構造を説明する平面図であり、図１の表示装置Ｅ１を上側基板１ｂ側から観測した場合に、第２電極３ｂが格子状の平面構造により形成されていることを示している。
【００４７】
図５（Ｃ）は、表示装置Ｅ１における第１電極３ａと第２電極３ｂの配置関係を示したものであり、図１の表示装置Ｅ１を上側基板１ｂ側から観測した場合の平面図である。
【００４８】
第１電極３ａと第２電極３ｂは、絶縁膜等を介して対向配置される。点線で囲んだ領域Ｓが表示装置Ｅ１に相当する。
【００４９】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、表示装置Ｅ１（図１）の各電極間に電圧を印加した場合の表示特性の変化を観測した顕微鏡写真である。
【００５０】
図６（Ａ）は、表示装置Ｅ１に電圧を印加していない時の状態（図２（Ａ））を観測した顕微鏡写真である。
【００５１】
白色微粒子６ａが液晶６ｂ中に均一に分散しており、表示装置Ｅ１の周辺部に黒く格子状に形成されている領域（遮光膜７に相当する）に囲まれている正方形の領域が白色に視認されている。
【００５２】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の状態において、各電極間に電圧を印加した直後の表示装置Ｅ１の状態を観察した顕微鏡写真である。
【００５３】
白色微粒子が表示装置Ｅ１の周辺部に向けて移動を始めており、表示装置Ｅ１の中央部に黒く視認される領域が出現している。
【００５４】
図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の状態から更に電極間に電圧を印加し続けた場合の表示装置Ｅ１の状態を観察した顕微鏡写真である。
【００５５】
白色微粒子６ａは更に表示装置Ｅ１の周辺部に向けて移動しており、表示装置中央部の黒く視認される領域が拡大している。表示装置の周辺部に到達した白色微粒子６ａは、格子状に黒く視認されている領域の下に隠れるため、表示装置Ｅ１の上部からは視認できなくなる。
【００５６】
図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）の状態から更に電極間に電圧を印加し続けた場合の表示装置Ｅ１の状態を観察した顕微鏡写真である。
【００５７】
図６（Ｃ）の状態からあまり変化は見られないが、表示装置Ｅ１の中央部の黒く視認される領域が図６（Ｃ）の状態よりも若干拡大している。
【００５８】
第１の実施例では、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、格子状の形状を有する第１電極３ａ及び第２電極３ｂを用いたが、電極の形状はこれらに限定されるものではない。例えば、次に説明する図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すような第１電極３ａ及び第２電極３ｂの組み合わせを用いることもできる。
【００５９】
図７（Ａ）は、第１電極３ａを円状に形成した場合の平面図であり、図７（Ａ’）は、第２電極３ｂを円環状に形成した場合の平面図である。円状の第１電極３ａの上に、絶縁膜等を介して、円環状の第２電極３ｂが形成される。電極間に印加する電圧を制御することにより、白色微粒子６ａを円状の第１電極３ａ上に均一に分散させれば白色表示が得られ、白色微粒子６ａを円環状の第２電極３ｂ上の領域に移動させると黒色表示が得られる。
【００６０】
図７（Ｂ）は、第１電極３ａを六角形状に形成した場合の平面図であり、図７（Ｂ’）は、第２電極３ｂを蜂の巣状に形成した場合の平面図である。電極間に印加する電圧を制御することにより、白色微粒子６ａを六角形状の第１電極３ａ上に均一に分散させれば白色表示が得られ、白色微粒子６ａを蜂の巣状の第２電極３ｂ上の領域に移動させると黒色表示が得られる。
【００６１】
図７（Ｂ）及び（Ｂ’）に示すような電極の形状を有する表示装置を作製すれば、平面上に隙間なく表示装置を並べることができる。
【００６２】
図７（Ｃ）は、第１電極３ａをストライプ状に形成した場合の平面図であり、図７（Ｃ’）は、第２電極３ｂを補間的ストライプ状に形成した場合の平面図である。電極間に印加する電圧を制御することにより、白色微粒子６ａをストライプ状の第１電極３ａ上に均一に分散させれば白色表示が得られ、白色微粒子６ａを補間的ストライプ状の第２電極３ｂ上の領域に移動させると黒色表示が得られる。
【００６３】
なお、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、第１電極３ａの形状を円状、六角形状、ストライプ状にした場合についてそれぞれ説明したが、これに限られずベタ状の電極形状を用いることもできる。
【００６４】
本実施例では、上下基板間の距離ｘ３（図１）として１１５μｍの表示装置を用いた場合について説明した。良好な反射率を得るためには、上下基板間距離ｘ３が１００μｍ以上であることが好ましい。従来のＭＦＰＤでは上下基板間の距離ｘ３が厚くなると、上下基板にそれぞれ形成された電極間に電圧を印加しても表示装置の中央部の領域上に存在する微粒子６ａが、上下基板と水平な方向に移動しないという問題があったが、本実施例における表示装置Ｅ１ではそのような問題は生じなかった。
【００６５】
ただ、上下基板間の距離ｘ３が２００μｍ以上になると、第１電極３ａと第２電極３ｂ間に電圧を印加するのを止めた時に、表示装置の中央部に白色微粒子６ａが少し引き戻されるという現象が見られた。この現象は、電極間に印加する電圧の波形、電極の構造、媒質層の構造などを改善することにより解消することができると思われるが、現状では原因は解明されていない。
【００６６】
また、本実施例では、第１電極３ａ及び第２電極３ｂを下側基板１ａ側に形成した場合について説明したが、第１電極３ａ及び第２電極３ｂを上側基板１ｂ側に形成することもできる。ただし、第１電極３ａとして用いているＩＴＯの屈折率が高いため、第１電極３ａを上側基板１ｂ側に形成すると、ＩＴＯの表面反射により黒色表示の表示特性が劣化するおそれがある。
【００６７】
また、本実施例では液晶６ｂ中に分散させる微粒子として白色微粒子６ａを用いる場合について説明したが、白色以外の着色した微粒子を用いることもできる。その場合には、電極間に電圧を印加しない時は着色した微粒子の色が視認され、電圧を印加した時は黒色に視認されることになる。
【００６８】
また、本実施例では、微粒子を分散させる媒質として絶縁性の流動性材料である液晶を用いたが、媒質として用いることができるのは液晶に限られない。媒質として液晶を使用する場合には、誘電率異方性が正又は負のいずれの液晶でも用いることができる。誘電率異方性の絶対値が大きい方が、微粒子の移動速度が速い傾向がある。
【００６９】
以上第１の実施例について説明した。次に第２の実施例について説明する。
【００７０】
図８（Ａ）は、本発明の第２の実施例による表示装置Ｅ２の構造を説明する断面図である。
【００７１】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では第１電極３ａの下に絶縁性光吸収層２ａが形成されていたが、第２の実施例における表示装置Ｅ２では第２電極３ｂの上に絶縁性光吸収層２ａが形成される点で相違している。
【００７２】
第２の実施例における表示装置Ｅ２の下側基板側の構造は、下側基板１ａの一部領域上に第１電極３ａが形成され、下側基板１ａ及び第１電極３ａを覆って透明絶縁膜４が形成され、透明絶縁膜４の一部領域上に第２電極３ｂが形成され、透明絶縁膜４及び第２電極３ｂを覆って絶縁性光吸収層２ａが形成され、絶縁性光吸収層２ａ上に垂直配向膜５ａが形成されている。
【００７３】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では、電圧印加時に入射光が絶縁性光吸収層２ａに吸収されるまでに、第１電極３ａを透過する必要があったため、電極３ａはＩＴＯ等の透明電極を用いる必要があった。
【００７４】
これに対し、第２の実施例における表示装置Ｅ２では、電圧印加時に入射光が絶縁性光吸収層２ａに吸収されるまでに第１電極３ａを透過する必要がない。第１電極３ａとして透明電極ＩＴＯ以外のアルミニウムやモリブデン等の不透明電極を用いることもできる。
【００７５】
ただし、本実施例においては、絶縁性光吸収層２ａから液晶６ｂ中に不純物イオン等が流れ出すおそれがあるので、それを防ぐため絶縁性光吸収層２ａ上にトップコート層を形成する場合もある。
【００７６】
以上第２の実施例について説明した。次に第３の実施例について説明する。
【００７７】
図８（Ｂ）は、本発明の第３の実施例による表示装置Ｅ３の構造を説明する断面図である。
【００７８】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では第１電極３ａの下に絶縁性光吸収層２ａが形成されていたが、第３の実施例における表示装置Ｅ３では第１電極３ａと第２電極３ｂの間に絶縁性光吸収層２ａが形成される点で相違している。
【００７９】
第３の実施例における表示装置Ｅ３の下側基板の構造は、下側基板１ａの一部領域上に第１電極３ａが形成され、下側基板１ａ及び第１電極３ａを覆って絶縁性光吸収層２ａが形成され、絶縁性光吸収層２ａの上に透明絶縁膜４が形成され、透明絶縁膜４の一部領域上に第２電極３ｂが形成され、透明絶縁膜４及び第２電
極３ｂを覆って垂直配向膜５ａが形成されている。
【００８０】
第３の実施例における表示装置Ｅ３では、第２の実施例同様、電圧印加時に入射光が絶縁性光吸収層２ａに吸収されるまでに第１電極３ａを透過する必要がない。第１電極３ａとして透明電極ＩＴＯ以外のアルミニウムやモリブデン等の不透明電極を用いることもできる。
【００８１】
図８（Ｂ）では下側基板１ａ及び第１電極３ａに密着して絶縁性光吸収層２ａが形成される場合を図示したが、絶縁性光吸収層２ａが第１電極３ａと第２電極３ｂの間に形成されるものであれば、図８（Ｂ）に図示した構造に限定されるものではない。
【００８２】
以上第３の実施例について説明した。次に第４の実施例について説明する。
【００８３】
図９（Ａ）は、本発明の第４の実施例による表示装置Ｅ４の構造を説明する断面図である。
【００８４】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では、電極間に電圧を印加しない時は液晶６ｂ中に分散させた白色微粒子６ａにより入射光を反射し、電圧を印加した時は絶縁性光吸収層２ａで入射光を吸収する場合について説明した。
【００８５】
第４の実施例における表示装置Ｅ４では、液晶６ｂ中に分散させる微粒子として黒色微粒子６ｃを用い、絶縁性光吸収層２ａ（図１）の代わりに光反射面（光反射は、散乱反射と鏡面反射の両方を含むものとする）を有するアルミニウムや銀等からなる光反射層２ｂを用いる点で、表示装置Ｅ１とは相違している。
【００８６】
第４の実施例における表示装置Ｅ４では、第１電極３ａと第２電極３ｂ間に電圧を印加しない時は図９（Ａ）に示すように、入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ、垂直配向膜５ｂを透過して媒質層６に入射し、媒質層６に均一に分散している黒色微粒子６ｃにより吸収される。表示装置Ｅ４の上部から観測している観測者は黒色の状態を視認することになる。
【００８７】
図９（Ｂ）は、表示装置Ｅ４の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加した時の表示特性を説明する断面図である。
【００８８】
表示装置Ｅ４の第１電極３ａと第２電極３ｂ間に電圧を印加すると、黒色微粒子６ｃは、上下基板と水平な方向Ｄ１に移動して、第２電極３ｂの領域上に集まる。
【００８９】
入射光Ｌ１は、透明な上側基板１ｂ、垂直配向膜５ｂ、媒質層６、垂直配向膜５ａ、透明絶縁膜４、第１電極３ａをそれぞれ透過して光反射層２ｂによって反射される。光反射層２ｂによって反射された反射光Ｌ２は、第１電極３ａ、透明絶縁膜４、垂直配向膜５ａ、媒質層６、垂直配向膜５ｂ、透明な上側基板１ｂを透過して表示装置Ｅ４から出射する。表示装置Ｅ１の上部から観測している観測者は白色の状態を視認することになる。
【００９０】
第４の実施例では、液晶６ｂ中に分散させる微粒子として黒色微粒子６ｃを用いる場合について説明したが、黒色以外の着色した微粒子を用いることもできる。その場合には、電圧を印加しない時は着色した微粒子の色が視認され、電圧を印加した時は白色が視認されることになる。
【００９１】
以上第４の実施例について説明した。次に第５の実施例について説明する。
【００９２】
図１０（Ａ）は、本発明の第５の実施例による表示装置Ｅ５の構造を説明する断面図である。
【００９３】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では、上側基板１ｂが媒質層６を介して下側基板に対向配置されていたが、第５の実施例では上側基板を設けずに、媒質層６をマイクロカプセル等の透明な膜によって下側基板上に固定する。
【００９４】
本実施例では、電極間に印加する電圧を調整することにより液晶６ｂ中の白色微粒子６ａの分散密度を制御して、白色表示と黒色表示の切り換えを操作することが考えられる。第２電極３ｂ上の領域であって媒質層６を介した透明な膜８上の領域に遮光膜を形成することにより表示特性を制御することができる。
【００９５】
以上第５の実施例について説明した。次に第６の実施例について説明する。
【００９６】
図１０（Ｂ）は、本発明の第６の実施例による表示装置Ｅ６の構造を説明する断面図である。
【００９７】
第１の実施例における表示装置Ｅ１（図１）では第１電極３ａ上に透明絶縁膜４を介して第２電極３ｂが形成されていたが、第６の実施例における表示装置Ｅ６では、第２電極３ｂの上に透明絶縁膜４を介して第１電極３ａが形成されている点で相違する。
【００９８】
第６の実施例における表示装置Ｅ６の下側基板側の構造は、下側基板１ａ上に絶縁性光吸収層２ａが形成され、絶縁性光吸収層２ａの一部領域上に第２電極３ｂが形成され、絶縁性光吸収層２ａ及び第２電極３ｂを覆って透明絶縁膜４が形成され、透明絶縁膜４の一部領域上に第１電極３ａが形成され、透明絶縁膜４及び第１電極３ａを覆って垂直配向膜５ａが形成される。
【００９９】
第６の実施例の表示装置Ｅ６において、第１電極に−１２０Ｖ、第２電極に＋１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加すると、第１の実施例の表示装置Ｅ１とほぼ同じ白色微粒子６ａの制御が可能であることが確認された。
【０１００】
上述の実施例によれば、一方の基板上に２つの電極を形成するため、他方の基板には電極を形成する必要がない。よって、他方の基板については、基板に使用する材料を自由に選択できるため、基板上に電極を形成する工程に耐えることができない耐熱性の低い基板材料（例えば、フィルム基板やプラスチック基板）、表面に凹凸を有する基板などを使用することもできる。また、電極が設けられていない方の基板を省略することも可能である。
【０１０１】
また、上下基板のそれぞれに電極を形成する場合には、媒質層を挟んで上側基板と下側基板を対向配置して表示装置を作製する必要があるため、上下基板にそれぞれ形成されている電極の位置合わせを正確に行うことが必要であった。片側の基板上に２つの電極を形成する場合、上下基板間の位置合わせを行うために高価な位置合わせ装置等を用いる必要がなくなる。
【０１０２】
上述した表示装置は、例えば、ディスプレイ全般、児童用玩具、紙や印刷物（雑誌、新聞、ポスター等）の代替品全般（電子の紙）、カメラの絞り、ストロボ光量調整、印画紙用書き込み光源等の光学部品全般に利用することが可能である。
【０１０３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コントラストが良く、視角依存性が小さく、応答速度が速い表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施例による表示装置Ｅ１の構造を説明する断面図である。
【図２】 図２（Ａ）は、表示装置Ｅ１の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加していない時の、図２（Ｂ）は、電圧を印加した時の表示特性をそれぞれ説明する断面図である。
【図３】 図３（Ａ）は、本発明の第１の変形例における表示装置Ｅ１’の構造を説明する断面図であり、図３（Ｂ）は、表示装置Ｅ１と表示装置Ｅ１’をそれぞれ用いた場合の電圧印加時間と反射率の関係を示したグラフである。
【図４】 図４は、入射光として拡散光源を使用した場合の表示装置Ｅ１における白色表示と黒色表示それぞれの場合の視角と反射率の関係をプロットしたグラフである。
【図５】 図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例の表示装置Ｅ１における第１電極３ａと第２電極３ｂの構造を説明する平面図である。
【図６】 図６（Ａ）〜（Ｄ）は、表示装置Ｅ１の各電極間に電圧を印加した場合の表示特性の変化を観測した顕微鏡写真である。
【図７】 図７（Ａ）、（Ａ’）、（Ｂ）、（Ｂ’）、（Ｃ）、（Ｃ’）は、表示装置に用いることができる第１電極３ａと第２電極３ｂの形状を説明する平面図である。
【図８】 図８（Ａ）は、本発明の第２の実施例による表示装置Ｅ２の構造を説明する断面図であり、図８（Ｂ）は、本発明の第３の実施例による表示装置Ｅ３の構造を説明する断面図である。
【図９】 図９（Ａ）は、本発明の第４の実施例による表示装置Ｅ４の構造を説明する断面図であり、図９（Ｂ）は、表示装置Ｅ４の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に電圧を印加した時の表示特性を説明する断面図である。
【図１０】 図１０（Ａ）は、本発明の第５の実施例による表示装置Ｅ５の構造を説明する断面図であり、図１０（Ｂ）は、本発明の第６の実施例による表示装置Ｅ６の構造を説明する断面図である。
【図１１】 図１１（Ａ）は、以前に本願出願人により開発された表示装置Ｅ０の構造を示す断面図であり、図１１（Ｂ）は、表示装置Ｅ０の第１電極３ａ及び第２電極３ｂ間に所定電圧を印加した時の動作を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ａ 下側基板
１ｂ 上側基板
２ａ 光吸収層
２ｂ 光反射層
３ａ 第１電極
３ｂ 第２電極
３ｃ 第３電極
４ 透明絶縁膜
５ａ，５ｂ 配向膜
６ 媒質層
６ａ 白色微粒子
６ｂ 液晶
６ｃ 黒色微粒子
７ 遮光膜
８ 透明な膜
Ｅ０〜Ｅ６ 表示装置
Claims (8)
- 第１の基板と、
前記第１の基板の第１の領域上に形成される第１の電極と、
前記第１の基板の第２の領域上であって、前記第１の電極との間に絶縁膜を挟んで形成される第２の電極と、
前記第１の基板上に配置され、前記絶縁膜及び第２の電極を覆って形成される垂直配向膜と、前記垂直配向膜上に配置され、媒質中に多数の微粒子が分散された媒質層であって、前記媒質層を構成する媒質が、液晶性を有する有機材料であり、該微粒子は前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧により該媒質中を媒質全体と前記第２の電極上間で前記第１の基板と水平な方向に移動し、該媒質とは異なる光学的性質を有する媒質層と
を有する表示装置。 - さらに、前記第１の基板と対向配置され、前記第１の基板との間に前記媒質層を挟持する第２の基板とを有する請求項１に記載の表示装置。
- さらに、前記第１の基板の少なくとも前記第１の電極と平面視上対応する領域に形成された光吸収層を有する請求項１又は２のいずれか１項に記載の表示装置。
- さらに、前記第１の基板の少なくとも前記第１の電極と平面視上対応する領域に形成された光反射層を有する請求項１又は２のいずれか１項に記載の表示装置。
- 前記媒質層の厚さが１００μｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
- さらに、前記媒質層を挟んで少なくとも前記第２の電極と対向する領域に形成される遮光膜を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
- さらに、前記媒質層を挟んで少なくとも前記第２の電極と対向する領域に形成される第３の電極を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示装置。
- 前記媒質層の表面が透明な膜により覆われている請求項１に記載の表示装置。
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