JP4986645B2 - Optical device - Google Patents

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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Description

本発明は、光学装置に関し、特に、エレクトロクロミック技術を用いた光学装置に関する。   The present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device using electrochromic technology.

流動性微粒子ディスプレイ(MFPD)は、液晶などの誘電性流体に微粒子を分散させた層を、電極を配した上下基板で挟んだ構造を有し、電気泳動により微粒子の動きを面内方向に制御して、面内の微粒子の位置分布に応じた表示を行うディスプレイである。MFPDは、例えば、特許文献1に開示されている。MFPDは、紙のように明るい反射型表示を行うことができ、また、表示のメモリ性を有している。   The fluid fine particle display (MFPD) has a structure in which fine particles are dispersed in a dielectric fluid such as liquid crystal and sandwiched between upper and lower substrates with electrodes, and the movement of fine particles is controlled in the in-plane direction by electrophoresis. Thus, the display performs display according to the position distribution of the fine particles in the plane. MFPD is disclosed in Patent Document 1, for example. The MFPD can perform a bright reflective display like paper and has a display memory property.

図9(A)及び図9(B)は、MFPDの例を示す概略断面図である。相互に対向する上側透明基板101と下側透明基板102との間に、微粒子103を分散させた液晶からなる流動層104が形成されている。上側透明基板101の下面上に、不透明電極105が形成されている。不透明電極105が、平面視上、開口窓を画定する。下側透明基板102の上面上に、光吸収層106が形成され、光吸収層106の上面上に、透明電極107が形成されている。   9A and 9B are schematic cross-sectional views illustrating examples of MFPD. A fluidized bed 104 made of liquid crystal in which fine particles 103 are dispersed is formed between the upper transparent substrate 101 and the lower transparent substrate 102 facing each other. An opaque electrode 105 is formed on the lower surface of the upper transparent substrate 101. The opaque electrode 105 defines an opening window in plan view. A light absorption layer 106 is formed on the upper surface of the lower transparent substrate 102, and a transparent electrode 107 is formed on the upper surface of the light absorption layer 106.

透明電極107と不透明電極105との間に電圧が印加されていない状態で、図9(A)に示すように、微粒子103が流動層104全体に分散している。上方から入射する外光108を、微粒子103が反射する。これにより、開口窓内は明るく見える。   In a state where no voltage is applied between the transparent electrode 107 and the opaque electrode 105, the fine particles 103 are dispersed throughout the fluidized bed 104 as shown in FIG. 9A. The fine particles 103 reflect the external light 108 incident from above. Thereby, the inside of the opening window looks bright.

透明電極107と不透明電極105との間に所定電圧を印加することにより、図9(B)に示すように、微粒子103が不透明電極105の下方に集められる。これにより、開口窓内の流動層104が透明になる。外光108は、流動層104を透過して、光吸収層106で吸収される。これにより、開口窓内は暗く見える。   By applying a predetermined voltage between the transparent electrode 107 and the opaque electrode 105, the fine particles 103 are collected below the opaque electrode 105 as shown in FIG. 9B. Thereby, the fluidized bed 104 in the opening window becomes transparent. External light 108 passes through the fluidized bed 104 and is absorbed by the light absorbing layer 106. Thereby, the inside of the opening window looks dark.

ここで、相対的に明るい表示を単に「白表示」呼び、相対的に暗い表示を単に「黒表示」と呼ぶこととする。図9(A)及び図9(B)を参照して説明した表示装置は、反射型の表示装置であり、流動層104中の微粒子103による散乱反射で白表示が実現され(図9(A))、光吸収層106による光吸収で黒表示が実現される(図9(B))。   Here, a relatively bright display is simply called “white display”, and a relatively dark display is simply called “black display”. The display device described with reference to FIGS. 9A and 9B is a reflective display device, and white display is realized by scattering reflection by the fine particles 103 in the fluidized bed 104 (FIG. 9A). )), Black display is realized by light absorption by the light absorption layer 106 (FIG. 9B).

なお、光吸収層を除去し、光を吸収する微粒子を用いれば、透過型の表示装置とすることができる。流動層中に微粒子が分散した状態で黒表示が実現され、不透明電極下に微粒子が集められた状態で白表示が実現される。   Note that when a light absorption layer is removed and fine particles that absorb light are used, a transmissive display device can be obtained. Black display is realized with the fine particles dispersed in the fluidized bed, and white display is realized with the fine particles collected under the opaque electrode.

ディスプレイとして、また、電圧印加により、透明状態と着色状態とを変化させるエレクトロクロミック材料を用いたエレクトロクロミックディスプレイも知られている。   As a display, an electrochromic display using an electrochromic material that changes a transparent state and a colored state by applying a voltage is also known.

反射型のエレクトロクロミックディスプレイは、エレクトロクロミック膜の下に反射部材を配置した構造を有する。エレクトロクロミック膜が透明状態で、反射部材により外光が反射されることにより、白表示が実現される。エレクトロクロミック膜が着色状態で、エレクトロクロミック膜に外光が吸収されることにより、黒表示が実現される。   A reflective electrochromic display has a structure in which a reflective member is disposed under an electrochromic film. When the electrochromic film is in a transparent state and external light is reflected by the reflecting member, white display is realized. When the electrochromic film is in a colored state and external light is absorbed by the electrochromic film, black display is realized.

透過型のエレクトロクロミックディスプレイは、エレクトロクロミック膜の下に透明部材を配置した構造を有する。エレクトロクロミック膜が透明状態で、透明部材及びエレクトロクロミック膜を光が透過することにより、白表示が実現される。エレクトロクロミック膜が着色状態で、エレクトロクロミック膜に光が吸収されることにより、黒表示が実現される。   The transmissive electrochromic display has a structure in which a transparent member is disposed under an electrochromic film. When the electrochromic film is in a transparent state, light is transmitted through the transparent member and the electrochromic film, thereby realizing white display. When the electrochromic film is in a colored state and light is absorbed by the electrochromic film, black display is realized.

特開2003−98556号公報JP 2003-98556 A

1つの表示装置を、様々な環境下で利用したいという要求がある。例えば、明所では反射型の表示装置として利用でき、暗所ではバックライトを用いた透過型の表示装置として利用できるような表示装置があれば望ましい。しかし、従来のMFPD及びエレクトロクロミックディスプレイは、1つの表示装置が、反射型表示装置と透過型表示装置とを兼ねない。   There is a demand to use one display device under various environments. For example, it is desirable to have a display device that can be used as a reflective display device in a bright place and can be used as a transmissive display device using a backlight in a dark place. However, in the conventional MFPD and electrochromic display, one display device does not serve as both a reflective display device and a transmissive display device.

本発明の一目的は、反射型表示装置と透過型表示装置とを兼ねる表示装置に適用可能な光学装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an optical device applicable to a display device that serves as both a reflective display device and a transmissive display device.

本発明の他の目的は、新規な光学装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a novel optical device.

一方の電極上にエレクトロクロミック膜が形成され、該エレクトロクロミック膜に電圧を印加する第1の電極対と、前記第1の電極対の間に配置され、微粒子を含む電解質層と、前記電解質層中に電界を生じさせることにより、前記エレクトロクロミック膜の面内方向に関して前記微粒子を移動させ、その一方の電極の近傍に該微粒子を集める第2の電極対とを有する光学装置が提供される。   An electrochromic film is formed on one electrode, a first electrode pair that applies a voltage to the electrochromic film, an electrolyte layer that is disposed between the first electrode pair and includes fine particles, and the electrolyte layer An optical device is provided that has a second electrode pair that moves the fine particles in the in-plane direction of the electrochromic film by collecting an electric field in the vicinity of the one electrode to collect the fine particles.

第1の電極対で、エレクトロクロミック膜の着色状態が制御される。また、第2の電極対で、電解質層中の微粒子の位置分布が制御される。電解質層中の微粒子の位置分布を変化させることにより、電解質層の反射率(または透過率)を変化させることが可能となる。   The coloring state of the electrochromic film is controlled by the first electrode pair. Further, the position distribution of the fine particles in the electrolyte layer is controlled by the second electrode pair. By changing the position distribution of the fine particles in the electrolyte layer, the reflectance (or transmittance) of the electrolyte layer can be changed.

本発明の光学装置を、例えば、エレクトロクロミック膜の着色状態の変化を利用して表示を行う表示装置として利用することを考える。電解質層の反射率が高い状態で表示を行えば、反射型の表示装置を実現することができる。一方、電解質層の反射率が低い(透過率が高い)状態で表示を行えば、透過型の表示装置を実現することができる。なお、照明装置等に応用することもできる。   Consider using the optical device of the present invention as a display device that performs display using changes in the coloring state of an electrochromic film, for example. If display is performed in a state where the reflectivity of the electrolyte layer is high, a reflective display device can be realized. On the other hand, when display is performed in a state where the reflectance of the electrolyte layer is low (transmittance is high), a transmissive display device can be realized. It can also be applied to lighting devices and the like.

図1を参照して、本発明の第1の実施例による光学装置の構成及び作製方法について説明する。図1は、第1の実施例による光学装置の概略断面図である。実施例の光学装置を表示装置として用いる場合について説明を続ける。   With reference to FIG. 1, the structure and manufacturing method of the optical apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical device according to the first embodiment. The case where the optical device of the embodiment is used as a display device will be continued.

まず、表面に透明電極2及び不透明電極3がパタン形成された上側基板1、及び、表面に透明電極4がパタン形成された下側基板5を用意する。   First, an upper substrate 1 having a transparent electrode 2 and an opaque electrode 3 formed on the surface and a lower substrate 5 having a transparent electrode 4 formed on the surface are prepared.

上側基板1及び下側基板5は、例えば青板ガラスまたは白板ガラス等の透明材料からなり、厚さはそれぞれ例えば0.7mmtである。透明電極2及び4は、例えばインジウムスズ酸化物(ITO)からなり、厚さはそれぞれ例えば80nmである。不透明電極3は、例えばアルミニウムやモリブデン等の金属からなり、厚さは例えば80nmである。   The upper substrate 1 and the lower substrate 5 are made of a transparent material such as blue plate glass or white plate glass, and have a thickness of, for example, 0.7 mmt. The transparent electrodes 2 and 4 are made of indium tin oxide (ITO), for example, and have a thickness of, for example, 80 nm. The opaque electrode 3 is made of a metal such as aluminum or molybdenum and has a thickness of 80 nm, for example.

平面視上、不透明電極3が開口窓を画定し、透明電極2が、開口窓内に形成されている。不透明電極3の画定する開口窓内が、1画素分の表示領域に対応する。   In plan view, the opaque electrode 3 defines an opening window, and the transparent electrode 2 is formed in the opening window. The inside of the opening window defined by the opaque electrode 3 corresponds to the display area for one pixel.

次に、上側基板1上の透明電極2の表面に、エレクトロクロミック膜6を形成する。本実施例で、エレクトロクロミック膜6は、三酸化タングステン(WO)を真空蒸着することにより形成する。形成したエレクトロクロミック膜6に、350℃で30分の熱処理を施す。 Next, an electrochromic film 6 is formed on the surface of the transparent electrode 2 on the upper substrate 1. In this embodiment, the electrochromic film 6 is formed by vacuum deposition of tungsten trioxide (WO 3 ). The formed electrochromic film 6 is subjected to heat treatment at 350 ° C. for 30 minutes.

なお、エレクトロクロミック膜6の材料は、膜の透明状態と着色状態とを印加電圧で切り替えられるタイプのものであれば、WOに限られない。例えば、酸化モリブデン、酸化タングステン−モリブデン複合膜、酸化バナジウム、酸化イリジウム、二酸化マンガン、酸化ニッケル、または、ビオロゲン系やスチリル系化合物等の有機系材料等を用いることもできる。 The material of the electrochromic film 6 is not limited to WO 3 as long as the material can be switched between a transparent state and a colored state of the film by an applied voltage. For example, molybdenum oxide, tungsten oxide-molybdenum composite film, vanadium oxide, iridium oxide, manganese dioxide, nickel oxide, or an organic material such as a viologen-based compound or a styryl-based compound can be used.

また、エレクトロクロミック膜6の成膜方法は、真空蒸着に限られない。例えば、スパッタリング(ラジオ周波数(RF)マグネトロンスパッタリング等)、メッキ、ラングミュアブロジェット(LB)法、各種印刷法(スクリーン印刷、スピンコート、ダイコート等)を用いることもできる。   Further, the method of forming the electrochromic film 6 is not limited to vacuum deposition. For example, sputtering (radio frequency (RF) magnetron sputtering etc.), plating, Langmuir Blodget (LB) method, various printing methods (screen printing, spin coating, die coating, etc.) can also be used.

なお、エレクトロクロミック膜6の膜構造として、緻密なものは好ましくなく、アモルファスで多くの隙間を持った構造が好ましい。積極的に隙間を設けるために、微小な粒径を有する粒子をエレクトロクロミック膜6中に分散させてもよい。なお、下側基板5上の透明電極4の表面に、電子供与膜を形成してもよい。   As the film structure of the electrochromic film 6, a dense structure is not preferable, and an amorphous structure having many gaps is preferable. In order to positively provide a gap, particles having a minute particle diameter may be dispersed in the electrochromic film 6. An electron donating film may be formed on the surface of the transparent electrode 4 on the lower substrate 5.

次に、下側基板5上に、メインシール層7を形成する。メインシール層7の材料として、ギャップコントロール剤を2wt%〜5wt%含むメインシール剤を用いる。本実施例では、ギャップコントロール剤として径が75μmのプラスチックボールを用い、これを三井化学製のシール剤ES−7500に5wt%添加して、メインシール剤とする。メインシール層7の形成方法として、例えば、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。ギャップコントロール剤の径が、電解質層8の厚さに相当する。電解質層8の厚さが50μm〜200μmの範囲内となるように、ギャップコントロール剤を選択することが好ましい。   Next, the main seal layer 7 is formed on the lower substrate 5. As a material for the main seal layer 7, a main seal agent containing 2 wt% to 5 wt% of a gap control agent is used. In this example, a plastic ball having a diameter of 75 μm is used as a gap control agent, and 5 wt% of this is added to a sealing agent ES-7500 manufactured by Mitsui Chemicals to make a main sealing agent. As a method for forming the main seal layer 7, for example, screen printing or a dispenser is used. The diameter of the gap control agent corresponds to the thickness of the electrolyte layer 8. It is preferable to select the gap control agent so that the thickness of the electrolyte layer 8 is in the range of 50 μm to 200 μm.

次に、透明電極2及び不透明電極3が形成された表面と、透明電極4が形成された表面とを対向させ、透明電極2と透明電極4とを平面視上で位置合わせし(例えば両電極の中心を一致させ)、メインシール層7を介して上側基板1と下側基板5とを重ね合わせる。このようにして、空セルを形成する。セルが形成された状態で、平面視上、下側基板5上の透明電極4も、開口窓内に配置される。   Next, the surface on which the transparent electrode 2 and the opaque electrode 3 are formed is opposed to the surface on which the transparent electrode 4 is formed, and the transparent electrode 2 and the transparent electrode 4 are aligned in plan view (for example, both electrodes The upper substrate 1 and the lower substrate 5 are overlapped with each other via the main seal layer 7. In this way, an empty cell is formed. In a state where the cells are formed, the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 is also disposed in the opening window in plan view.

次に、空セルに電解液を真空注入することにより、電解質層8を形成する。電解質層8を形成する電解液として、液晶に電荷移動錯体(CTC)を添加し、これにさらに微粒子9を分散させたものを用いる。電解質層8を形成した後、電解液の注入口にエンドシール剤を塗布してセルを封止する。   Next, the electrolyte layer 8 is formed by vacuum-injecting the electrolyte into the empty cell. As an electrolytic solution for forming the electrolyte layer 8, a liquid crystal in which a charge transfer complex (CTC) is added to liquid crystal and fine particles 9 are further dispersed is used. After the electrolyte layer 8 is formed, an end sealant is applied to the electrolyte inlet and the cell is sealed.

本実施例では、液晶として、大日本インキ製のRDP−00333を用い、CTCとして、n−ブチル−イソキノリニウム−アイオダイド(n−butyl−isoquinolinium−iodide,BIQI)を用いる。電解液中のCTCの添加量は、例えば0.038wt%とする。CTCには電解質としての働きだけではなく、後述のように、微粒子9の移動速度を向上させる効果も有する。なお、電解質として、各種液体塩、溶媒(アセトニトリル等)を用いることも可能である。なお、液晶材料に特に限定はないが、誘電率異方性Δεの絶対値が大きいものが好ましい。Δεがゼロに近いと、動きが鈍くなる。   In this embodiment, RDP-00333 manufactured by Dainippon Ink is used as the liquid crystal, and n-butyl-isoquinolinium-iodide (BIQI) is used as the CTC. The amount of CTC added in the electrolyte is, for example, 0.038 wt%. CTC has not only a function as an electrolyte but also an effect of improving the moving speed of the fine particles 9 as described later. In addition, various liquid salts and solvents (such as acetonitrile) can be used as the electrolyte. The liquid crystal material is not particularly limited, but a material having a large absolute value of dielectric anisotropy Δε is preferable. When Δε is close to zero, the movement becomes dull.

微粒子9として、TiO、SiO、ZnO等の各種金属酸化物、及び、スチレンボール等の有機物、及び、それらの着色物やその中空体等が用いられる。本実施例では、微粒子9として、液晶表示素子のギャップコントロール材料としてよく利用されている微粒子を流用する。本実施例の微粒子9は、無着色の、TiOと有機物の混合系である。 As the fine particles 9, various metal oxides such as TiO 2 , SiO 2 , and ZnO, organic substances such as styrene balls, colored substances thereof, hollow bodies thereof, and the like are used. In this embodiment, fine particles that are often used as a gap control material for liquid crystal display elements are used as the fine particles 9. The fine particles 9 of this example are a non-colored mixed system of TiO 2 and organic matter.

本実施例の微粒子9は、直径6μmの球形粒子であり、粒径(直径)のばらつきが±数%以下に収まるものである。なお、粒径は、例えば、レーザ回折法、沈降式、画像解析式、光散乱法等の手法で測定できる。なお、微粒子9の粒径は、6μmに制限されず、0.5μm〜100μmの範囲内とすることが好ましく、2μm〜20μmの範囲内とすることがより好ましい。   The fine particles 9 of the present example are spherical particles having a diameter of 6 μm, and the variation in the particle size (diameter) is within ± several%. The particle size can be measured by a technique such as laser diffraction, sedimentation, image analysis, or light scattering. The particle diameter of the fine particles 9 is not limited to 6 μm, but is preferably in the range of 0.5 μm to 100 μm, and more preferably in the range of 2 μm to 20 μm.

電解液中の微粒子9の添加量は、1wt%〜50wt%の範囲内とすることが好ましく、10wt%〜30wt%の範囲内とすることがより好ましい。本実施例では20wt%とする。   The addition amount of the fine particles 9 in the electrolytic solution is preferably in the range of 1 wt% to 50 wt%, and more preferably in the range of 10 wt% to 30 wt%. In this embodiment, it is 20 wt%.

上側基板1上の透明電極2と、下側基板5上の透明電極4とが、直流電源10に接続される。スイッチ11をオンにすると、透明電極2と透明電極4との間に所定電圧が印加される。   The transparent electrode 2 on the upper substrate 1 and the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 are connected to the DC power source 10. When the switch 11 is turned on, a predetermined voltage is applied between the transparent electrode 2 and the transparent electrode 4.

上側基板1上の不透明電極3と、下側基板5上の透明電極4とが、直流電源20に接続される。スイッチ21をオンにすると、不透明電極3と透明電極4との間に所定電圧が印加される。   The opaque electrode 3 on the upper substrate 1 and the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 are connected to the DC power source 20. When the switch 21 is turned on, a predetermined voltage is applied between the opaque electrode 3 and the transparent electrode 4.

下側基板5の下方に(下側基板5に対して上側基板1と反対側に)、バックライト30が配置されている。本実施例では、バックライト30として、白色光を出射するものを用いる。制御装置40が、透明電極2と透明電極4との間の電圧印加、不透明電極3と透明電極4との間の電圧印加、及び、バックライト30の点灯、消灯を制御する。   A backlight 30 is disposed below the lower substrate 5 (on the side opposite to the upper substrate 1 with respect to the lower substrate 5). In this embodiment, a backlight 30 that emits white light is used. The control device 40 controls voltage application between the transparent electrode 2 and the transparent electrode 4, voltage application between the opaque electrode 3 and the transparent electrode 4, and lighting and extinguishing of the backlight 30.

次に、エレクトロクロミック膜6の着色状態の制御について説明する。図1に示す上側基板1上の透明電極2と、下側基板5上の透明電極4との間に電圧を印加することにより、エレクトロクロミック膜6に電圧を印加することができる。   Next, control of the coloring state of the electrochromic film 6 will be described. A voltage can be applied to the electrochromic film 6 by applying a voltage between the transparent electrode 2 on the upper substrate 1 and the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 shown in FIG.

エレクトロクロミック膜6は、電圧無印加状態でほぼ透明である。エレクトロクロミック膜6への負電圧印加により、エレクトロクロミック膜6に電解質層8から正電荷が注入される。これにより、エレクトロクロミック膜6が青く着色する。エレクトロクロミック膜6への印加電圧を低くする(負電圧の絶対値を大きくする)ほど着色が濃くなる。エレクトロクロミック膜6を充分に着色するために必要な負電圧は、例えば−1Vである。   The electrochromic film 6 is almost transparent when no voltage is applied. By applying a negative voltage to the electrochromic film 6, positive charges are injected from the electrolyte layer 8 into the electrochromic film 6. Thereby, the electrochromic film 6 is colored blue. As the voltage applied to the electrochromic film 6 is lowered (the absolute value of the negative voltage is increased), the coloring becomes deeper. The negative voltage necessary for sufficiently coloring the electrochromic film 6 is, for example, −1V.

図2は、電圧無印加状態及び電圧印加状態(−1V)におけるエレクトロクロミック膜の透過スペクトルである。横軸が波長をnm単位で示し、縦軸が透過率を%単位で示す。曲線C1が電圧無印加状態のスペクトルであり、曲線C2が電圧印加状態のスペクトルである。実施例のセルの画素部分の透過特性が示されている。   FIG. 2 is a transmission spectrum of the electrochromic film in a voltage non-application state and a voltage application state (−1 V). The horizontal axis indicates the wavelength in nm, and the vertical axis indicates the transmittance in%. A curve C1 is a spectrum when no voltage is applied, and a curve C2 is a spectrum when no voltage is applied. The transmission characteristics of the pixel portion of the cell of the example are shown.

電圧無印加時は、400nm〜800nmの波長範囲で、透過率が80%でほぼ一定である。一方、−1V印加時は、波長が400nm〜450nmの範囲で、透過率がほぼ80%程度であるが、波長が450nm以上となると透過率が低下し、波長600nmで透過率が45%程度になる。波長600nm〜800nmの範囲で、透過率が45%程度である。すなわち、エレクトロクロミック膜は、電圧無印加状態で透明であり、電圧印加状態で青色に着色する。   When no voltage is applied, the transmittance is almost constant at 80% in the wavelength range of 400 nm to 800 nm. On the other hand, when -1V is applied, the transmittance is about 80% in the wavelength range of 400 nm to 450 nm. However, when the wavelength exceeds 450 nm, the transmittance decreases, and the transmittance is about 45% at the wavelength of 600 nm. Become. In the wavelength range of 600 nm to 800 nm, the transmittance is about 45%. That is, the electrochromic film is transparent when no voltage is applied, and is colored blue when the voltage is applied.

このように、上側基板上の透明電極と、下側基板上の透明電極との間の電圧制御により、エレクトロクロミック膜の透明状態と、着色状態(青色状態)とを切り替えることができる。   Thus, the transparent state and the colored state (blue state) of the electrochromic film can be switched by voltage control between the transparent electrode on the upper substrate and the transparent electrode on the lower substrate.

次に、電解質層8の反射率(または透過率)の制御について説明する。図1に示す上側基板1上の不透明電極3と、下側基板5上の透明電極4との間に電圧を印加しない状態で、電解質層8中の全体に、微粒子9が分散している。微粒子9が全体に分散した電解質層8は、高い反射率を有し、白色を呈する。   Next, control of the reflectance (or transmittance) of the electrolyte layer 8 will be described. Fine particles 9 are dispersed throughout the electrolyte layer 8 without applying a voltage between the opaque electrode 3 on the upper substrate 1 and the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 shown in FIG. The electrolyte layer 8 in which the fine particles 9 are dispersed as a whole has a high reflectance and exhibits a white color.

上側基板1上の不透明電極3に充分高い正電圧を印加すると、電解質層8中に生じた電界により(電気泳動により)、面内方向(上側の透明電極2と下側の透明電極4とが対向する方向と直交する方向)に関して、電解液の流れが生じて微粒子9が移動し、微粒子9が不透明電極3の下方に集まる(開口窓の縁部に集まる)。これにより、開口窓内には(少なくとも開口窓内の中心部には)微粒子が分布しなくなり、開口窓内の電解質層8が透明になる。不透明電極3の近傍に微粒子9を集めるために必要な正電圧は、例えば40Vである。微粒子の移動は、主に電界強度で制御される。例えば、電極間の距離を75μmとし、印加電圧を40Vとすると、電界は約0.5V/μm(5000V/cm)となる。   When a sufficiently high positive voltage is applied to the opaque electrode 3 on the upper substrate 1, an in-plane direction (upper transparent electrode 2 and lower transparent electrode 4) is generated by an electric field generated in the electrolyte layer 8 (by electrophoresis). With respect to the direction perpendicular to the opposing direction), the flow of the electrolyte solution occurs and the fine particles 9 move, and the fine particles 9 gather below the opaque electrode 3 (collect at the edge of the opening window). As a result, fine particles are not distributed in the opening window (at least in the center of the opening window), and the electrolyte layer 8 in the opening window becomes transparent. The positive voltage necessary for collecting the fine particles 9 in the vicinity of the opaque electrode 3 is, for example, 40V. The movement of the fine particles is mainly controlled by the electric field strength. For example, when the distance between the electrodes is 75 μm and the applied voltage is 40 V, the electric field is about 0.5 V / μm (5000 V / cm).

なお、不透明電極3の近傍に集まった微粒子9は、不透明電極3への正電圧印加を解除しても不透明電極3近傍にとどまる。すなわち、不透明電極3への正電圧印加を解除しても、開口窓内の透明状態が維持される。   The fine particles 9 gathered in the vicinity of the opaque electrode 3 remain in the vicinity of the opaque electrode 3 even if the application of the positive voltage to the opaque electrode 3 is canceled. That is, even if the application of the positive voltage to the opaque electrode 3 is canceled, the transparent state in the opening window is maintained.

再び、電解質層8の全体に(または開口窓内に)微粒子9を分散させるためには、下側基板5上の透明電極4に、充分高い正電圧(例えば40V)を印加して、透明電極4の上方に微粒子9を戻す。その後、透明電極4への正電圧印加を解除しても、微粒子9の分散状態が維持される。   Again, in order to disperse the fine particles 9 throughout the electrolyte layer 8 (or in the opening window), a sufficiently high positive voltage (for example, 40 V) is applied to the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 to The fine particles 9 are returned above 4. Thereafter, even if the application of the positive voltage to the transparent electrode 4 is canceled, the dispersed state of the fine particles 9 is maintained.

図3(A)〜図3(D)は、電圧印加による微粒子の移動の様子を示す顕微鏡写真である。図3(A)が、電圧無印加状態に対応する写真であり、電解質層中に均一に白色の微粒子が分布している。電圧印加により微粒子が移動を開始する。図3(B)〜図3(D)は、電圧印加開始からの経過時間の順に、微粒子の分布を示す写真であり、時間が経過するにつれ、微粒子が、開口窓を画定する不透明電極の近傍に集まっている。   3A to 3D are photomicrographs showing how fine particles move due to voltage application. FIG. 3A is a photograph corresponding to a state in which no voltage is applied, in which white fine particles are uniformly distributed in the electrolyte layer. The fine particles start moving when voltage is applied. FIGS. 3B to 3D are photographs showing the distribution of fine particles in order of the elapsed time from the start of voltage application. As time passes, the fine particles are in the vicinity of the opaque electrode that defines the opening window. Gathered in.

図4(A)は、微粒子が電解質層全体に分散している状態(微粒子分散状態)における、開口窓内の電解質層の反射率(白丸で示す)、及び、微粒子が不透明電極下に集まった状態(微粒子移動状態)における開口窓内の電解質層の透過率(黒丸で示す)の、視角依存性を示すグラフである。横軸が視角を度単位で示し、左の縦軸及び右の縦軸が、それぞれ、反射率及び透過率を%単位で示す。なお、測定は、図1に示した装置と同様の電極構造で、エレクトロクロミック膜は形成していない装置に対して行っている。従って、エレクトロクロミック膜が透明状態(無着色状態)のときの光学特性の測定に対応する。   FIG. 4A shows the reflectivity (indicated by white circles) of the electrolyte layer in the aperture window when the fine particles are dispersed throughout the electrolyte layer (fine particle dispersed state), and the fine particles gathered under the opaque electrode. It is a graph which shows the viewing angle dependence of the transmittance | permeability (it shows with a black circle) of the electrolyte layer in an opening window in a state (fine particle movement state). The horizontal axis indicates the viewing angle in degrees, and the left vertical axis and the right vertical axis indicate the reflectance and transmittance in%, respectively. The measurement is performed on an apparatus having the same electrode structure as that of the apparatus shown in FIG. 1 and having no electrochromic film formed thereon. Therefore, it corresponds to the measurement of optical characteristics when the electrochromic film is in a transparent state (non-colored state).

図4(B)に、反射率の測定方法を説明するための電解質層8の概略断面図を示す。拡散光源から電解質層8の表面に等方的に入射する光LIに対し、電解質層8による反射率を測定した。視角θ(反射測定角θ)は、電解質層8表面の法線方向と、測定される反射光LRとのなす角で定義される。なお、各視角について、標準白色板の反射率を100%としている。   FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the electrolyte layer 8 for explaining the reflectance measurement method. The reflectance of the electrolyte layer 8 was measured with respect to the light LI that isotropically incident on the surface of the electrolyte layer 8 from the diffusion light source. The viewing angle θ (reflection measurement angle θ) is defined by an angle formed between the normal direction of the surface of the electrolyte layer 8 and the reflected light LR to be measured. For each viewing angle, the reflectance of the standard white plate is 100%.

図4(A)に示すように、微粒子が電解質層全体に分散している状態では、視角0°〜60°程度の範囲において、反射率が50%程度でほぼ一定である。なお、新聞紙の反射率は約40%である。このように、新聞紙よりも明るい反射率が、広い視角範囲で安定して得られる。   As shown in FIG. 4A, in the state where the fine particles are dispersed throughout the electrolyte layer, the reflectance is approximately constant at about 50% in the range of viewing angle of about 0 ° to 60 °. The reflectivity of newspaper is about 40%. In this way, a brighter reflectance than newspaper can be stably obtained over a wide viewing angle range.

また、微粒子が不透明電極下に集まった状態では、視角0°〜20°程度の範囲において、透過率が90%程度でほぼ一定である。視角20°以上で、透過率はやや低下するが、視角60°でも80%以上である。   Further, in a state where the fine particles are gathered under the opaque electrode, the transmittance is approximately constant at about 90% in the viewing angle range of about 0 ° to 20 °. The transmittance slightly decreases at a viewing angle of 20 ° or more, but is 80% or more even at a viewing angle of 60 °.

このように、微粒子の位置分布を制御した電解質層は、広い視角範囲で自然な散乱反射を示す反射板として機能するとともに、広い視角範囲で非常に明るい透過板として機能する。   As described above, the electrolyte layer in which the position distribution of the fine particles is controlled functions as a reflection plate that exhibits natural scattering reflection in a wide viewing angle range, and also functions as a very bright transmission plate in a wide viewing angle range.

以上説明したように、上側基板上の不透明電極と、下側基板上の透明電極との間の電圧制御により、開口窓内の電解質層の反射状態(白色状態)と、透明状態とを切り替えることができる。   As described above, by switching the voltage between the opaque electrode on the upper substrate and the transparent electrode on the lower substrate, the reflection state (white state) and the transparent state of the electrolyte layer in the opening window are switched. Can do.

次に、図5(A)〜図5(D)を参照して、実施例による表示装置の使用方法について説明する。明所で反射型表示装置として使用し、さらに、暗所でバックライトを用いた透過型表示装置として使用する例について説明する。開口窓内の表示状態が、上方から観察される。   Next, with reference to FIGS. 5A to 5D, a method of using the display device according to the embodiment will be described. An example of using as a reflective display device in a bright place and further as a transmissive display device using a backlight in a dark place will be described. The display state in the opening window is observed from above.

図5(A)及び図5(B)は、反射型表示装置として使用されている状態の表示装置の概略断面図である。図5(A)及び図5(B)では、電解質層8が反射状態で、バックライト30が消灯状態である。外光50が、上側基板1に上方から入射し、電解質層8で上方に反射される。   5A and 5B are schematic cross-sectional views of a display device in a state where it is used as a reflective display device. 5A and 5B, the electrolyte layer 8 is in a reflective state, and the backlight 30 is in an extinguished state. External light 50 enters the upper substrate 1 from above and is reflected upward by the electrolyte layer 8.

図5(A)では、エレクトロクロミック膜6を透明状態とする。エレクトロクロミック膜6の下の電解質層8が反射状態(白色状態)であるので、図5(A)では、開口窓内が白く見える。このようにして、反射型表示装置における白表示が実現される。   In FIG. 5A, the electrochromic film 6 is in a transparent state. Since the electrolyte layer 8 under the electrochromic film 6 is in a reflective state (white state), the inside of the opening window looks white in FIG. In this way, white display in the reflective display device is realized.

図5(B)では、エレクトロクロミック膜6を着色状態(青色状態)とする。上方からエレクトロクロミック膜6を透過し、電解質層8で反射し、再びエレクトロクロミック膜6を透過して上方に出射した光が青く見える。このようにして、反射型表示装置における青表示が実現される。   In FIG. 5B, the electrochromic film 6 is in a colored state (blue state). Light that has passed through the electrochromic film 6 from above, reflected by the electrolyte layer 8, and again transmitted through the electrochromic film 6 and emitted upward appears blue. In this way, blue display in the reflective display device is realized.

図5(C)及び図5(D)は、透過型表示装置として使用されている状態の表示装置の概略断面図である。図5(C)及び図5(D)では、電解質層8が透過状態で、バックライト30が点灯状態である。バックライト30から出射した光が、下方から下側基板5に入射し、上側基板1から上方に出射する。   FIG. 5C and FIG. 5D are schematic cross-sectional views of a display device in a state where it is used as a transmissive display device. 5C and 5D, the electrolyte layer 8 is in a transmissive state and the backlight 30 is in a lit state. Light emitted from the backlight 30 enters the lower substrate 5 from below and exits upward from the upper substrate 1.

図5(C)では、エレクトロクロミック膜6を透明状態とする。電解質層8も透明状態であるので、開口窓内が白く(バックライト30から出射した光の色に)見える。このようにして、透過型表示装置における白表示が実現される。   In FIG. 5C, the electrochromic film 6 is in a transparent state. Since the electrolyte layer 8 is also in a transparent state, the inside of the opening window appears white (the color of light emitted from the backlight 30). In this way, white display in the transmissive display device is realized.

図5(D)では、エレクトロクロミック膜6を着色状態(青色状態)とする。電解質層8は透明状態である。下方からエレクトロクロミック膜6を透過した光が青く見える。このようにして、透過型表示装置における青表示が実現される。   In FIG. 5D, the electrochromic film 6 is in a colored state (blue state). The electrolyte layer 8 is in a transparent state. The light transmitted through the electrochromic film 6 from below appears blue. In this way, blue display in the transmissive display device is realized.

なお、例えば、暗所中、電解質層8を反射状態(白色状態)として、バックライト30を点灯させる使い方も可能である(図5(A)及び図5(B)で、バックライト30を点灯した場合、または、図5(C)及び図5(D)で、電解質層8を白色状態とした場合に対応)。このとき、電解質層8が透過散乱部材として機能するので、電解質層8が透明部材である図5(C)及び図5(D)の場合とは異なる表示状態が得られる。   For example, it is possible to use the backlight 30 in a dark place with the electrolyte layer 8 in a reflective state (white state) (the backlight 30 is turned on in FIGS. 5A and 5B). Or when the electrolyte layer 8 is in a white state in FIGS. 5C and 5D). At this time, since the electrolyte layer 8 functions as a transmission / scattering member, a display state different from the case of FIGS. 5C and 5D in which the electrolyte layer 8 is a transparent member is obtained.

なお、反射型表示装置として用いるとき、バックライト30が消灯した状態で、電解質層8を透明状態とすることにより、黒表示を実現することもできる(図5(A)または図5(B)で、電解質層8を透明状態とした場合、または、図5(C)または図5(D)で、バックライト30を消灯した状態に対応)。   When used as a reflective display device, black display can also be realized by making the electrolyte layer 8 transparent with the backlight 30 turned off (FIG. 5A or FIG. 5B). Thus, when the electrolyte layer 8 is in a transparent state, or corresponds to a state in which the backlight 30 is turned off in FIG. 5C or FIG. 5D).

このように、実施例の表示装置は、エレクトロクロミック膜の着色状態の変化と、電解質層の反射率変化とを組み合わせることにより、多様な表示状態を生成することが可能である。さらに、バックライトの点灯、消灯の変化を組み合わせることで、より多様な表示状態を生成することも可能である。   As described above, the display device of the embodiment can generate various display states by combining the change in the coloring state of the electrochromic film and the change in the reflectance of the electrolyte layer. Furthermore, it is also possible to generate more various display states by combining changes in lighting and extinguishing of the backlight.

次に、図6(A)、図6(B)及び図7を参照して、CTCの、微粒子の移動速度を向上させる効果について説明する。図6(A)は、本実施例で用いたCTCであるBIQI(n−butyl−isoquinolinium−iodide)の分子構造を示す。   Next, with reference to FIG. 6 (A), FIG. 6 (B), and FIG. 7, the effect of improving the moving speed of the fine particles of CTC will be described. FIG. 6A shows the molecular structure of BIQI (n-butyl-isoquinolinium-iodide), which is a CTC used in this example.

図6(B)は、微粒子の移動速度の印加電圧依存性を、CTCの添加量を変えて測定した結果を示すグラフである。横軸が印加電圧をV単位で示し、縦軸が微粒子の移動速度を任意単位で示す。曲線C3〜C6が、それぞれ、CTCの添加量0wt%、0.005wt%、0.007wt%、及び0.038wt%の場合の結果である。   FIG. 6B is a graph showing the results of measuring the applied voltage dependence of the moving speed of the fine particles while changing the amount of CTC added. The horizontal axis indicates the applied voltage in V units, and the vertical axis indicates the movement speed of the fine particles in arbitrary units. Curves C3 to C6 show the results when the CTC addition amount is 0 wt%, 0.005 wt%, 0.007 wt%, and 0.038 wt%, respectively.

CTCを添加しない場合(添加量0wt%)、微粒子の移動速度は印加電圧にほぼ依存しない。CTCを添加することにより、印加電圧を上昇させるにつれて、CTCの移動速度を速くすることができる。また、所定の印加電圧での移動速度は、CTCの添加量を増やすほど速くなっている。これは、印加電圧20V程度以上で顕著である。約20Vで、微粒子が移動し始める。   When CTC is not added (addition amount 0 wt%), the moving speed of the fine particles is almost independent of the applied voltage. By adding CTC, the moving speed of CTC can be increased as the applied voltage is increased. Moreover, the moving speed at a predetermined applied voltage increases as the amount of CTC added increases. This is remarkable when the applied voltage is about 20 V or more. At about 20V, the microparticles begin to move.

図7は、微粒子分散状態から微粒子移動状態に切り替えたときの、開口窓内が透明になるまでの応答時間が、CTC添加によりどのように変化するか調べた実験の結果を示すグラフである。液晶のみに微粒子を分散させた系と、液晶にCTCを添加したものに微粒子を分散させた系との比較を行った。なお、測定は、図1に示した装置と同様の電極構造で、エレクトロクロミック膜は形成していない装置に対して行っている。   FIG. 7 is a graph showing the results of an experiment for examining how the response time until the inside of the aperture window becomes transparent when switching from the fine particle dispersion state to the fine particle movement state changes due to the addition of CTC. A comparison was made between a system in which fine particles are dispersed only in liquid crystal and a system in which fine particles are dispersed in liquid crystal added with CTC. The measurement is performed on an apparatus having the same electrode structure as that of the apparatus shown in FIG. 1 and having no electrochromic film formed thereon.

グラフの横軸が時間を秒単位で示し、縦軸が透過率を%単位で示す。曲線C7が、液晶のみの場合の結果であり、曲線C8が、液晶にCTCを添加した場合の結果である。液晶のみの場合、100msec程度で透過率が90%近くに達して飽和する。一方、CTCを添加した場合、50msec程度で透過率が90%近くに達して飽和する。   The horizontal axis of the graph indicates time in seconds, and the vertical axis indicates transmittance in%. A curve C7 is a result when only the liquid crystal is used, and a curve C8 is a result when CTC is added to the liquid crystal. In the case of only the liquid crystal, the transmittance reaches nearly 90% and is saturated in about 100 msec. On the other hand, when CTC is added, the transmittance reaches nearly 90% and is saturated in about 50 msec.

以上説明したように、CTCを添加した電解質層とすることにより、微粒子の移動速度が向上して、電解質層の反射状態と透明状態との切り替えが高速になる。すなわち、反射型表示装置と透過型表示装置との切り替えが高速になる。   As described above, by using the electrolyte layer to which CTC is added, the moving speed of the fine particles is improved, and the switching between the reflective state and the transparent state of the electrolyte layer becomes faster. That is, the switching between the reflective display device and the transmissive display device becomes faster.

切り替えが高速な表示装置は、例えば車載ディスプレイに適用すると、以下のような利点がある。車載ディスプレイとして用いるとき、ヘッドライト非点灯時(明所での利用時)は、反射型表示装置として使用し、ヘッドライト点灯時(暗所での利用時)は、バックライトを点灯させて透過型表示装置として使用する態様が考えられる。   A display device that can be switched at high speed has the following advantages when applied to, for example, an in-vehicle display. When used as an in-vehicle display, when the headlight is not lit (when used in a bright place), it is used as a reflective display device. When the headlight is lit (when used in a dark place), the backlight is turned on and transmitted. A mode of use as a mold display device is conceivable.

例えば、トンネル通過時には、反射型表示装置と透過型表示装置との切り替えが瞬時にできることが望まれる。このような瞬時の切り替えが求められる場合を想定しても、応答時間50msecは充分に高速といえる。   For example, it is desired that the reflective display device and the transmissive display device can be switched instantaneously when passing through the tunnel. Even when such instantaneous switching is required, the response time of 50 msec can be said to be sufficiently fast.

なお、上記実施例では、1画素分の基本的な表示技術について説明したが、実施例の表示装置を応用して多画素の表示装置を作製することができる。単純なキャラクタ表示(スタティック駆動表示)、もしくは、アクティブ素子を各画素に配置した電極配置を有するドットマトリクス表示を行う表示装置のいずれでも作製することができる。   Although the basic display technology for one pixel has been described in the above embodiment, a multi-pixel display device can be manufactured by applying the display device of the embodiment. Either a simple character display (static drive display) or a display device that performs dot matrix display having an electrode arrangement in which an active element is arranged in each pixel can be manufactured.

以上説明したように、実施例の表示装置は、反射型表示装置として用いる場合、拡散反射部材となる電解質層上に、着色したエレクトロクロミック膜で表示を行うことにより、どこから見ても明るく自然な反射表示を得ることができる。また、拡散反射部材となる電解質層と、表示を行うエレクトロクロミック膜とが密接しているので、反射表示の際の視差がない。   As described above, when the display device of the embodiment is used as a reflection type display device, the display is performed with a colored electrochromic film on the electrolyte layer serving as a diffuse reflection member, so that it is bright and natural from any point of view. A reflective display can be obtained. In addition, since the electrolyte layer serving as the diffuse reflection member and the electrochromic film for display are in close contact, there is no parallax during reflective display.

透過型表示装置として用いる場合、暗所での補助光源として、バックライト技術を用いることができるため、フロントライト技術を用いる場合に比べ、安価で明るい表示を得ることができる。また、透過型として用いる場合には、電解質層を透明状態にできるため、バックライトの輝度がそれほど高くなくてよい。このため、消費電力を抑えることができる。これは、携帯型機器において特に有益である。   When used as a transmissive display device, a backlight technology can be used as an auxiliary light source in a dark place, so that a cheaper and brighter display can be obtained compared to the case of using a frontlight technology. Further, when used as a transmission type, the electrolyte layer can be made transparent, so that the luminance of the backlight does not have to be so high. For this reason, power consumption can be suppressed. This is particularly beneficial in portable devices.

なお、フロントライトライト技術では、表示部の前に導光板が配置されるため、表示品位を低下させる(反射率低下、表面反射によるコントラスト低下)、コストが高くなる等の不利な点が生じうる。   In the front light technology, since the light guide plate is disposed in front of the display unit, disadvantages such as a reduction in display quality (decrease in reflectivity and a decrease in contrast due to surface reflection) and an increase in cost may occur. .

なお、従来の反射型のMFPDにおいて、光吸収層を半透過とすることにより、または、従来の反射型のエレクトロクロミックディスプレイにおいて、反射部材を半透過とすることにより、バックライト技術を採用した透過型表示を行うことは可能であろう。しかし、光吸収層または反射部材が半透過であるので、バックライトの輝度を高くする必要があろう。   In the conventional reflective MFPD, the light absorption layer is made semi-transmissive, or in the conventional reflective electrochromic display, the reflective member is made semi-transmissive so that the backlight technology is adopted. It would be possible to perform type indication. However, since the light absorbing layer or the reflecting member is semi-transmissive, it is necessary to increase the luminance of the backlight.

以上、実施例の光学装置を表示装置として用いる場合について説明したが、実施例の光学装置は、表示装置以外に用いることもできる。例えば照明装置として用いることができる。例えば、一般照明の配光制御に用いる場合について考える。再び図5(A)〜図5(D)を参照して、説明を続ける。   The case where the optical device according to the embodiment is used as a display device has been described above. However, the optical device according to the embodiment can be used other than the display device. For example, it can be used as a lighting device. For example, consider the case of use for light distribution control of general illumination. The description will be continued with reference to FIGS. 5 (A) to 5 (D) again.

図5(A)及び図5(B)では、電解質層8が白色状態で、バックライト30が消灯状態である。外光50が、上側基板1に上方から入射し、電解質層8で上方に反射される。   5A and 5B, the electrolyte layer 8 is in a white state and the backlight 30 is in an extinguished state. External light 50 enters the upper substrate 1 from above and is reflected upward by the electrolyte layer 8.

図5(A)では、エレクトロクロミック膜6が透明状態であり、この照明装置は白い壁紙として機能する。図5(B)では、エレクトロクロミック膜6が青色状態であり、この照明装置は青い壁紙として機能する。   In FIG. 5A, the electrochromic film 6 is in a transparent state, and this lighting device functions as a white wallpaper. In FIG. 5B, the electrochromic film 6 is in a blue state, and this lighting device functions as a blue wallpaper.

図5(C)及び図5(D)で電解質層8が透明状態で、バックライト30が点灯状態である。図5(C)では、エレクトロクロミック膜6が透明状態であり、白色のスポット光源(バックライト30が白色光の場合)が実現される。なお、バックライト30の発光色を変えれば、違う色のスポット光源にもできる。図5(D)では、エレクトロクロミック膜6が青色状態であり、青色のスポット光源が実現される。   5 (C) and 5 (D), the electrolyte layer 8 is in a transparent state, and the backlight 30 is in a lighting state. In FIG. 5C, the electrochromic film 6 is in a transparent state, and a white spot light source (when the backlight 30 is white light) is realized. Note that if the emission color of the backlight 30 is changed, a spot light source of a different color can be obtained. In FIG. 5D, the electrochromic film 6 is in a blue state, and a blue spot light source is realized.

なお、電解質層8を白色状態として、バックライト30を点灯状態とすることもできる(図5(A)及び図5(B)で、バックライト30を点灯した場合、または、図5(C)及び図5(D)で、電解質層8を白色状態とした場合に対応)。エレクトロクロミック膜6を透明状態とすれば、白い拡散光源が実現され、エレクトロクロミック膜6を青色状態とすれば、青い拡散光源が実現される。   Note that the electrolyte layer 8 can be in a white state and the backlight 30 can be turned on (when the backlight 30 is turned on in FIGS. 5A and 5B, or FIG. 5C). And corresponding to the case where the electrolyte layer 8 is in a white state in FIG. 5D). If the electrochromic film 6 is in a transparent state, a white diffused light source is realized, and if the electrochromic film 6 is in a blue state, a blue diffused light source is realized.

以上説明したように、実施例の光学装置は、例えば、反射型と透過型とを切り替えられる表示装置や、スポット型と拡散型とを切り替えられる照明装置として利用することができる。様々な環境下で見やすい表示装置が実現され、様々な配光状態を生成する照明装置が実現される。   As described above, the optical device according to the embodiment can be used as, for example, a display device that can switch between a reflective type and a transmissive type, or an illumination device that can switch between a spot type and a diffusive type. A display device that is easy to see in various environments is realized, and an illumination device that generates various light distribution states is realized.

なお、上記実施例では、青く着色するエレクトロクロミック膜を用いたが、他の色に着色するエレクトロクロミック膜材料を用いれば、他の色を用いた表示装置や照明装置等を作製できる。   In the above embodiment, an electrochromic film that is colored blue is used. However, if an electrochromic film material that is colored in another color is used, a display device, a lighting device, or the like using another color can be manufactured.

なお、上記実施例では、WOからなるエレクトロクロミック膜を用い、エレクトロクロミック膜に負電圧を印加して着色させた。例えばビオロゲン系材料からなるエレクトロクロミック膜を用いれば、エレクトロクロミック膜に正電圧を印加して着色させる構成となる。 In the above example, an electrochromic film made of WO 3 was used, and the electrochromic film was colored by applying a negative voltage. For example, when an electrochromic film made of a viologen-based material is used, the electrochromic film is colored by applying a positive voltage.

例えば、不透明電極近傍に微粒子が集まっており、開口窓内が透明である状態について考える。この状態で、エレクトロクロミック膜を着色するために、エレクトロクロミック膜が形成されている上側基板上の透明電極と、下側基板上の透明電極との間に電圧を印加する。このとき、上側及び下側基板上の透明電極の一方が他方に対して正の電圧となる。エレクトロクロミック膜を着色するためのこの電圧が大きすぎると、微粒子が、不透明電極近傍から開口窓内に移動してしまうおそれがある。このような不具合を抑制するため、エレクトロクロミック膜を着色する電圧の大きさ(絶対値)は、微粒子を移動させる電圧の大きさ(絶対値)に比べて充分に小さいことが望ましい。   For example, let us consider a state where fine particles are gathered in the vicinity of an opaque electrode and the inside of the opening window is transparent. In this state, in order to color the electrochromic film, a voltage is applied between the transparent electrode on the upper substrate on which the electrochromic film is formed and the transparent electrode on the lower substrate. At this time, one of the transparent electrodes on the upper and lower substrates has a positive voltage with respect to the other. If this voltage for coloring the electrochromic film is too large, the fine particles may move from the vicinity of the opaque electrode into the opening window. In order to suppress such problems, it is desirable that the magnitude (absolute value) of the voltage for coloring the electrochromic film is sufficiently smaller than the magnitude (absolute value) of the voltage for moving the fine particles.

上述したように、エレクトロクロミック膜を着色する電圧の大きさは例えば1Vであり、微粒子を移動させる電圧の大きさは例えば40Vである(例えば約20Vで、微粒子が移動し始める)。この例では、微粒子の位置分布にほとんど影響しないように、エレクトロクロミック膜の透明状態と着色状態とを切り替えることができる。微粒子を移動させる電圧の大きさは、エレクトロクロミック膜を着色させる電圧の大きさの少なくとも10倍以上とすることが好ましいであろう(例えば、上記例で微粒子が移動し始める20Vは、エレクトロクロミック膜の着色電圧1Vの20倍)。   As described above, the magnitude of the voltage for coloring the electrochromic film is, for example, 1 V, and the magnitude of the voltage for moving the fine particles is, for example, 40 V (for example, the fine particles begin to move at about 20 V). In this example, the transparent state and the colored state of the electrochromic film can be switched so as to hardly affect the position distribution of the fine particles. The magnitude of the voltage for moving the fine particles will preferably be at least 10 times the magnitude of the voltage for coloring the electrochromic film (for example, 20V at which the fine particles start moving in the above example is the electrochromic film) 20 times the coloring voltage of 1V).

なお、上記実施例で、上側及び下側基板としてガラス基板を用いたが、必要に応じて、例えばプラスチック基板等を用いてもよい。また、フィルム基板でもよい。   In the above embodiment, glass substrates are used as the upper and lower substrates. However, for example, plastic substrates may be used as necessary. A film substrate may also be used.

なお、実施例の装置では、エレクトロクロミック膜の着色状態を制御する電極対のうち、エレクトロクロミック膜を形成しない方の電極(下側基板上の電極)と、微粒子の移動を制御する電極対のうち、開口窓内の電極(下側基板上の電極)とを共通にしたが、これらの電極を共通とせず、別々に形成する構成も可能である。なお、共通電極を持つ構造にすれば、例えば、端子電極数を少なくでき、接続点を少なくできるメリットがある。   In the apparatus of the example, of the electrode pair that controls the coloring state of the electrochromic film, the electrode that does not form the electrochromic film (the electrode on the lower substrate) and the electrode pair that controls the movement of the fine particles Of these, the electrodes in the opening window (electrodes on the lower substrate) are made common, but these electrodes are not made common and a configuration in which they are formed separately is also possible. Note that the structure having a common electrode has an advantage that, for example, the number of terminal electrodes can be reduced and the number of connection points can be reduced.

次に、第2の実施例の光学装置について説明する。図8は、第2の実施例の光学装置を示す概略断面図である。以下、第1の実施例の装置との違いについて説明する。   Next, an optical device according to a second embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the optical device of the second embodiment. Hereinafter, differences from the apparatus of the first embodiment will be described.

第2の実施例の光学装置は、下側基板5上の透明電極4を覆って絶縁膜50が形成され、絶縁膜50の上に、平面視上開口窓を画定する形状の電極51が形成されている。下側基板5上の透明電極4と、絶縁膜50上の電極51とからなる電極対が、微粒子の移動制御に用いられ、下側基板5上の透明電極4と、上側基板1上の透明電極2とからなる電極対が、エレクトロクロミック膜6の着色状態制御に用いられる。   In the optical device of the second embodiment, an insulating film 50 is formed to cover the transparent electrode 4 on the lower substrate 5, and an electrode 51 having a shape that defines an opening window in plan view is formed on the insulating film 50. Has been. An electrode pair consisting of the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 and the electrode 51 on the insulating film 50 is used for the movement control of the fine particles, and the transparent electrode 4 on the lower substrate 5 and the transparent on the upper substrate 1 are transparent. An electrode pair including the electrode 2 is used for controlling the coloring state of the electrochromic film 6.

上側基板1上に、平面視上開口窓を画定する形状で、遮光膜52が形成されている。遮光膜52は、電極51近傍に(開口窓の縁部に)微粒子が集められた状態で、上方から微粒子が見えないように、微粒子を隠す。なお、第1の実施例の電極構造では、上側基板1上の不透明電極3を、遮光膜の働きを兼ねるように形成することができる。   A light shielding film 52 is formed on the upper substrate 1 so as to define an opening window in plan view. The light shielding film 52 hides the fine particles so that the fine particles are not seen from above in a state where the fine particles are collected in the vicinity of the electrode 51 (at the edge of the opening window). In the electrode structure of the first embodiment, the opaque electrode 3 on the upper substrate 1 can be formed so as to function as a light shielding film.

以下、実施例の光学装置を利用できると考えられる製品を例示する。実施例の光学装置は、省電力かつ頻繁な書き換えを必要としない情報機器(パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話等)の表示面等の、反射型または透過型ディスプレイ、及び、投射型ディスプレイ全般に利用でき、磁気ないし電気記録されたカードの情報表示面に利用でき、児童用玩具等に利用でき、紙・印刷物(雑誌、新聞、ポスター等)の代替品全般(電子の紙)に利用でき、自動車用(車載)ディスプレイ、航空機用ディスプレイに利用でき、時計表示に利用でき、デジタルスチルカメラ全般(ストロボ灯具、光学系、ビューファインダー用表示等)に利用でき、自動車用(普通乗用車、軽自動車、トラック、バス等)灯具及び車内照明、二輪用(オートバイ、自転車等)灯具(配光制御部)に利用でき、一般照明(屋内照明、街路灯、懐中電灯等)の配光制御部に利用できる。   Examples of products that can be used for the optical device according to the embodiment will be described below. The optical apparatus according to the embodiment is a reflective or transmissive display, such as a display surface of an information device (personal computer, portable information terminal, mobile phone, etc.) that saves power and does not require frequent rewriting, and a projection display in general. Can be used for information display surfaces of magnetically or electrically recorded cards, can be used for children's toys, etc., and can be used for general substitutes (electronic paper) for paper and printed materials (magazines, newspapers, posters, etc.) Can be used for automotive (in-vehicle) displays, aircraft displays, clock displays, digital still cameras (strobe lights, optical systems, viewfinder displays, etc.) , Trucks, buses, etc.) lamps and interior lighting, motorcycle (motorcycles, bicycles, etc.) lamps (light distribution control unit), general lighting (indoor Akira, street light, can be used for the light distribution control unit of the flashlight, etc.).

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。例えば、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。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

図1は、第1の実施例による光学装置の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical device according to the first embodiment. 図2は、エレクトロクロミック膜の透過スペクトルである。FIG. 2 is a transmission spectrum of the electrochromic film. 図3(A)〜図3(D)は、電圧印加による微粒子の移動の様子を示す顕微鏡写真である。3A to 3D are photomicrographs showing how fine particles move due to voltage application. 図4(A)は、開口窓内の電解質層の反射率及び透過率の、視角依存性を示すグラフであり、図4(B)は、反射率の測定方法を説明するための電解質層の概略断面図である。FIG. 4A is a graph showing the viewing angle dependence of the reflectance and transmittance of the electrolyte layer in the opening window, and FIG. 4B is a graph of the electrolyte layer for explaining the reflectance measurement method. It is a schematic sectional drawing. 図5(A)及び図5(B)は、例えば反射型表示装置として使用されている状態の、実施例の光学装置の概略断面図であり、図5(C)及び図5(D)は、例えば透過型表示装置として使用されている状態の、実施例の光学装置の概略断面図である。FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views of the optical device of the embodiment in a state where it is used as, for example, a reflective display device, and FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical device according to an embodiment in a state where it is used, for example, as a transmissive display device. 図6(A)は、CTCの分子構造例であり、図6(B)は、微粒子の移動速度の印加電圧依存性を示すグラフである。6A is an example of the molecular structure of CTC, and FIG. 6B is a graph showing the applied voltage dependence of the moving speed of the fine particles. 図7は、微粒子分散状態から微粒子移動状態に切り替えたときの、開口窓内が透明になるまでの応答時間を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the response time until the inside of the aperture window becomes transparent when the particle dispersion state is switched to the particle movement state. 図8は、第2の実施例の光学装置の概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the optical device according to the second embodiment. 図9(A)及び図9(B)は、MFPDの例を示す概略断面図である。9A and 9B are schematic cross-sectional views illustrating examples of MFPD.

符号の説明Explanation of symbols

1 上側基板
2 透明電極
3 不透明電極
4 透明電極
5 下側基板
6 エレクトロクロミック膜
7 メインシール層
8 電解質層
9 微粒子
10、20 直流電源
11、21 スイッチ
30 バックライト
40 制御装置
50 外光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper substrate 2 Transparent electrode 3 Opaque electrode 4 Transparent electrode 5 Lower substrate 6 Electrochromic film 7 Main seal layer 8 Electrolyte layer 9 Fine particle 10, 20 DC power source 11, 21 Switch 30 Backlight 40 Controller 50 External light

Claims (5)

一方の電極上にエレクトロクロミック膜が形成され、該エレクトロクロミック膜に電圧を印加する第1の電極対と、
前記第1の電極対の間に配置され、微粒子を含む電解質層と、
前記電解質層中に電界を生じさせることにより、前記エレクトロクロミック膜の面内方向に関して前記微粒子を移動させ、その一方の電極の近傍に該微粒子を集める第2の電極対と
を有する光学装置。
An electrochromic film is formed on one electrode, and a first electrode pair for applying a voltage to the electrochromic film;
An electrolyte layer disposed between the first electrode pair and containing fine particles;
An optical apparatus comprising: a second electrode pair that moves the fine particles in an in-plane direction of the electrochromic film by generating an electric field in the electrolyte layer and collects the fine particles in the vicinity of one of the electrodes.
さらに、前記第1の電極対の間に第1の電圧を印加し、前記第2の電極対の間に第2の電圧を印加する電圧印加手段を有し、該第2の電圧の大きさが該第1の電圧の大きさの10倍以上である請求項1に記載の光学装置。   Furthermore, it has voltage application means for applying a first voltage between the first electrode pair and applying a second voltage between the second electrode pair, and the magnitude of the second voltage. The optical device according to claim 1, wherein is 10 times or more the magnitude of the first voltage. さらに、
第1の基板と、
前記第1の基板に対向配置された第2の基板と
を有し、
前記第1の電極対の一方の、前記エレクトロクロミック膜が形成された第1の電極と、前記第2の電極対の一方の第2の電極とが、前記第1の基板上に形成され、前記第1の電極対の他方の電極と、前記第2の電極対の他方の電極とが共通の第3の電極であり、該第3の電極が前記第2の基板上に形成されている請求項1または2に記載の光学装置。
further,
A first substrate;
A second substrate disposed opposite to the first substrate,
One of the first electrode pairs, a first electrode on which the electrochromic film is formed, and one second electrode of the second electrode pair are formed on the first substrate, The other electrode of the first electrode pair and the other electrode of the second electrode pair are a common third electrode, and the third electrode is formed on the second substrate. The optical device according to claim 1.
前記微粒子の粒径が0.5μm〜100μmの範囲内である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学装置。   The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein a particle diameter of the fine particles is in a range of 0.5 µm to 100 µm. 前記電解質層に電荷移動錯体が添加されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学装置。   The optical device according to claim 1, wherein a charge transfer complex is added to the electrolyte layer.
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