JP5568902B2 - 表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、非発光型で目への負担が少ない反射型の表示素子に関し、特に、コントラストが高く画像や文字などの情報の視認性に優れたカラー表示素子に関するものである。

近年、可搬性のある電子デバイスの需要の伸びが目覚しく、中でも紙に替わる媒体となりうる軽量で低価格な表示素子が特に注目されている。このような表示素子は、時間や場所の制限を受けずに情報の送受信や参照を可能にし、社会において重要な役割を担うことが強く期待されている。
前記したような表示素子に要求される特性としては、長時間参照しても目への負担が少ない反射型（非発光型）であることに加え、高い白反射率とコントラスト比を有すること、精細度の高い表示ができること、カラー表示ができること等が挙げられる。

従来の表示素子としては白黒の表示素子にカラーフィルターを組み合わせたもの、複数のカラー表示層を縦に積層したものが知られている。
一般的に、反射型でカラー表示を実現させるためにはカラーフィルターが用いられることが多い。例えば、特許文献１においては、分散媒中に分散させた白色と黒色の帯電粒子を移動させることで表示を行う電気泳動表示素子にカラーフィルターを形成することが提案されている。しかしながら、電気泳動方式の原理上、白色粒子あるいは黒色粒子のみを表示面に近接させることが可能にならない限り、高反射率、高コントラストを得ることは困難である。従って、このような電気泳動表示素子にカラーフィルターを組み合わせても、コントラストの高い高品質な表示を得ることはできない。

また、特許文献２及び３においては、電気毛管あるいはエレクトロウェッティング現象を利用したカラーディスプレイシートが提案されている。
特許文献２に開示されているディスプレイシートにおいては、透明なシート間に封入された着色液体と透明液体をリザーバーから選択的に出入りさせることでカラー画素を創出し、これに導電性のＲ、Ｇ、Ｂインクを封入することによってフルカラー表示が可能であるとされている。しかしながら、特許文献２に記載の方法では、素子構造が複雑であるゆえに素子厚みの低減が難しく、結果として高い白反射率を得ることができなかった。
また、特許文献３の表示装置においては、支持プレート間の空間に着色液体と透明液体が封入され、着色液体が支持プレートに隣接する状態と、透明液体が部分的に支持プレートに隣接する状態とを切り替えることによって表示を行う。これに、Ｒ、Ｇ、Ｂに着色されオイルを用いることによってカラーディスプレイの可能性があるとされている。しかしながら、特許文献３の表示装置では、厚みの薄いオイル層では充分な光吸収が難しく、高いコントラストを得ることが困難である。また、特許文献３の表示装置では、透明液体が支持プレートに隣接する状態、即ち下地の白色を呈示する状態においても、原理上開口率が２／３程度までしか上げられないため高い白反射率を得ることも困難であった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、高い白反射率とコントラスト比を有し、高品質、高精細な表示が可能な反射型表示素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る表示素子は、具体的には下記（１）〜（４）に記載の技術的特徴を有する。
（１）：第一の基板と、該第一の基板に対向して設けられ、光反射材料から構成される第二の支持層を具備する第二の基板と、前記第一の基板上に形成され、光透過状態と光吸収状態とに切り替わる第一の光学スイッチング層と、前記第二の基板上に形成され、光透過状態と光吸収状態とに切り替わる第二の光学スイッチング層と、前記第一の光学スイッチング層と前記第二の光学スイッチング層との間に形成され、光透過材料から構成される第一の支持層を具備する透明中間層と、前記第一の光学スイッチング層及び第二の光学スイッチング層に電圧を印加して夫々を駆動させる駆動手段と、を有する表示素子であって、前記第一の光学スイッチング層は、光透過状態と光吸収状態とに切り替わり、且つ、一対の第一の透明電極層と、独立に駆動可能な複数の第一の画素と、を備え、該複数の第一の画素は夫々、少なくとも複数の隔壁と、該複数の隔壁により区画された保持空間に含有されてなるエレクトロクロミック材料の分散液と、から構成されてなり、且つ、光吸収状態においてフルカラー表示が可能な少なくとも三色の原色の中の何れか一色を呈し、前記第二の光学スイッチング層は、光反射状態と光吸収状態とに切り替わり、且つ、一対の第二の透明電極層と、独立に駆動が可能な複数の第二の画素と、を備え、該複数の第二の画素は夫々、少なくとも複数の隔壁と、該複数の隔壁により区画された保持空間に含有されてなる互いに混合しない第三の流体と第四の流体と、から構成されてなり、且つ、光反射状態においては白色を呈し、光吸収状態においては黒色を呈し、前記第三の流体は、光透過性を有し、前記第四の流体は、黒色に着色され、前記第一の光学スイッチング層が有する複数の第一の画素と前記第二の光学スイッチング層が有する複数の第二の画素とは、ピッチが等しく、いずれもマトリクス状に規則的に配置されていると共に、互いが前記第一の基板の垂直方向に揃って配置されていることを特徴とする表示素子である。

上記（１）に記載の構成を有することで、以下のような反射型表示素子を提供することができる。
・高い白反射率とコントラスト比を有する
・各々の光学スイッチング層を独立に駆動
・高い白反射率とコントラスト比に加えカラー表示が可能
・簡単な構成で光透過状態と光吸収状態を切り替えることが可能
・各原色に着色された流体が混合することなく独立に駆動でき、所望のフルカラー画像の表示が可能
・簡単な構成で白色表示と黒色表示を切り替えることが可能
・各画素にて三色の表示状態を呈することができ、表示品質が高い

（２）：前記光反射材料は、外光を散乱させることにより白色を呈する材料であることを特徴とする上記（１）に記載の表示素子である。

上記（２）に記載の構成を有することで、視認性の良い白色表示が可能な表示素子を提供することができる。

（３）：前記光反射材料は、光線や電子線の照射により物性が変化するフォトレジスト材料を用いて形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の表示素子である。

上記（３）に記載の構成を有することで、平易なプロセスで製造できるとともに強度に優れた表示素子を提供することができる。

（４）：前記第一の透明電極層及び前記第二の透明電極層は、いずれも前記複数の画素夫々に対応して設けられてなり、各画素毎に電気的に分断されていることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の表示素子である。

上記（４）に記載の構成を有することで、分断された各部位を別々の駆動手段を接続することにより各画素を独立に駆動することが可能な表示素子を提供することができる。

本発明によれば、高い白反射率とコントラスト比を有し、高品質、高精細な表示が可能な反射型表示素子を提供することができる。

本発明に係る表示素子の第１の実施の形態における基本構成を示す概略断面図である。 本発明に係る表示素子の第１の実施の形態における第一の光学スイッチング層３の構成を示す概略断面図である。 本発明に係る表示素子の第１の実施の形態における第二の光学スイッチング層４の構成を示す概略断面図である。 本発明に係る表示素子の第２の実施の形態における第一の光学スイッチング層１３の構成を示す概略断面図である。 本発明に係る表示素子の第２の実施の形態における第二の光学スイッチング層１４の構成を示す概略断面図である。 実施例１のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。 実施例２のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。 実施例２のカラー表示素子における第一の光学スイッチング層２０３の構成を示す概略断面図である。 実施例３のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。 実施例４のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。

本発明は、光透過状態と光吸収状態とに切り替わる第一の光学スイッチング層と、光反射状態と光吸収状態とに切り替わる第二の光学スイッチング層と、を積層することによって、従来よりも高い白反射率とコントラスト比を有する反射型表示素子を作製できることを実験的に見出し完成するに至ったものである。
即ち、本発明に係る表示素子は、第一の基板１と、第二の基板２と、第一の光学スイッチング層３と、第二の光学スイッチング層４と、前記第一の光学スイッチング層３及び前記第二の光学スイッチング層４に電圧を印加して夫々を独立して駆動させる駆動手段と、を備え、前記第一の基板１は、透明基板であり、前記第一の光学スイッチング層３及び前記第二の光学スイッチング層４は、前記第一の基板１と前記第二の基板２との間に前記第一の基板側１から、第一の光学スイッチング層３、第二の光学スイッチング層４の順で積層されてなり、前記第一の光学スイッチング層３は、光透過状態と光吸収状態とに切り替わり、前記第二の光学スイッチング層４は、光反射状態と光吸収状態とに切り替わることを特徴とする。

次に、本発明に係る表示素子についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

〔第１の実施の形態〕
図１は本発明に係る表示素子の第１の実施の形態における基本構成を示す概略断面図である。
本実施の形態における表示素子は、第一の透明基板（第一の基板）１と第二の基板２との間に二層の光学スイッチング層（３，４）が積層されている。より詳しくは、透明基板側１に位置する第一の光学スイッチング層３は光透過状態と光吸収状態に、第二の基板２側に位置する第二の光学スイッチング層４は光反射状態と光吸収状態にそれぞれ切り替わる構成を有する。この構成により、第一の光学スイッチング層３が光透過状態で第二の光学スイッチング層４が光反射状態の時には第二の光学スイッチング層４による外光の反射色を、第一の光学スイッチング層３が光透過状態で第二の光学スイッチング層４が光吸収状態の時には第二の光学スイッチング層４の吸収波長に応じた色調を、第一の光学スイッチング層３が光吸収状態の時にはその吸収波長に応じた色調を呈示することができる。このために、二層の光学スイッチング層（３，４）の間には第一の透明電極５ｂ（またはこれを備えた透明な中間層５）が存在することが望ましい。これにより、第一、第二の光学スイッチング層（３，４）の状態を独立して切り替えることができるので、前記のように単位領域あたり三通りの表示状態をつくることが可能になる。

さらに、第一の光学スイッチング層３がフルカラー可能な三原色、具体的にはシアン、マゼンタ、イエローあるいは赤、緑、青を呈する複数の画素を備えていることによりカラー表示素子を構成することができる。
より具体的には、第一の光学スイッチング層３としては光の透過と吸収を切り替えることが可能であればその手段に制限は無く、例えばエレクトロウェッティング、電気泳動、エレクトロクロミック、コレステリック液晶などの各方式を適用することができる。

第一の透明基板１および中間層５の材料は、用いる光学スイッチング層（３，４）の種類に応じ、ガラスあるいは各種プラスチック基板等から適合性のある材料を選択して用いるのが良い。

第二の光学スイッチング層４としては、光反射状態において白色を、光吸収状態において黒色を呈する構成とすることで、より高コントラストの表示が可能となるため、かかる構成が最も好ましい。ここで言う白色、黒色とは、一般的に人がそう視認できる明度の範囲に含まれるものであれば十分であり、一部の特定波長の反射あるいは吸収が強いことで色味を帯びていても構わないが、理想的には可視光領域の外光を均一に反射あるいは吸収する材料を用いることでより高品質な表示を実現する。特に白色材料に関しては、外光を散乱させる材料を用いることで、より紙に類似した表示品質で目が疲れにくい表示素子とすることができる。
第二の光学スイッチング層４としては、光の反射と吸収、すなわち白色表示と黒色表示を切り替えることができる材料であればその手段に制限は無く、高分子分散型液晶、エレクトロウェッティング、電気泳動、ツイストボール、エレクトロデポジションなどの各方式を適用することができる。

次に、本実施の形態における第一の光学スイッチング層３の構成についてより詳細に説明する。
図２は本発明に係る表示素子の第１の実施の形態における第一の光学スイッチング層３の構成を示す概略断面図である。
第一の光学スイッチング層３としては、エレクトロウェッティング現象を利用した素子を好適に適用することができる。第一の光学スイッチング層３は、第一の透明基板１と透明中間層５、（第一の光学スイッチング層の一部である）隔壁３ｃにて構成される単位画素内に流体（３ａ，３ｂ）を保持する保持空間を有し、その中には互いに混合しない第一の流体３ａと第二の流体３ｂを含有する。
ここで、「互いに混合しない」とは、表示素子として使用する条件において互いが界面をもって分離している状態であることを言い、特に、一方が他方の中の多数の箇所に分散したような状態を含まず、１または２の連続した界面をもって分離してなる状態であることが好ましい。

また透明中間層５は、図２に示すように少なくとも第一の表面層５ａ、第一の透明電極層５ｂ、光透過材料から構成される第一の支持層５ｃを有する。尚、第一の透明基板１の第二の基板２側には、透明電極層をさらに積層しても良い。また、透明中間層５の第二の基板２側には、透明電極層をさらに積層しても良い。

画素間の隔壁３ｃは、隣接する保持空間内の流体の混合を防止するという目的に合致する材料を用いてフォトリソグラフィあるいは従来公知の印刷手法を用いてパターニング形成される。隔壁３ｃ（及び後述する隔壁４ｃ）は、上述の保持空間を区画するものであって、単位画素の形状に応じて適宜設けることができる。例えば正方の画素であれば、４の隔壁３ｃを正方の画素の周囲に設けて保持空間を形成すれば良い。いずれにせよ隣接画素間の境界に隔壁を設ければ良い。

透明中間層５に含まれる第一の表面層５ａは撥水性を有するものが適し、フッ素系樹脂が好適に用いられる。具体的には、旭硝子社製のサイトップ樹脂、デュポン社製のテフロン（登録商標）、あるいはスパッタリングあるいは気相反応法によりにより蒸着した過フッ素化ポリマーなどが適する。また、第一の表面層５ａや後述する第二の表面層２ａ等の表面層はパリレン等の透明絶縁材料に前記樹脂を重ねた複層構造であっても構わない。

第一の透明電極層５ｂは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）をはじめとした各種材料にて形成する。
光透過材料から構成される第一の支持層５ｃについては、光学スイッチング層（３，４）の構造や製造プロセス等の諸条件などを考慮の上で適した材料を適宜選択して使用することができる。

図２に示す第１の実施の形態における第一の光学スイッチング層３の構成例においては、第一の流体３ａが導電性または極性を示す透明流体であり、例えば水やアルコール類を用いることができる。第二の流体３ｂは、第一の流体３ａと混合しない流体が着色されたものであり、シリコーンオイル、炭化水素オイル、フルオロカーボンオイル等に染料を含ませたものを用いることができる。オイルの色を、例えばシアン、マゼンタ、イエローのように色のスペクトルを創出可能な３つの補色としてそれらを保持した画素を規則的に配列することで、フルカラー表示が可能となる。

定常状態（定常時）においては、第一の流体３ａと第二の流体３ｂは二層に分かれて存在し、第二の流体３ｂが第一の表面層５ａに隣接しているため第一の光学スイッチング層３は第二の流体３ｂの色を呈する。ここに電圧が印加されると（電圧印加時）、第一の表面層５ａの界面張力すなわち濡れ性が変化することによって第二の流体３ｂが第一の表面層５ａとの接触面積を減少させるように移動し、第一の流体３ａの一部が第一の表面層５ａに隣接する。これにより、第一の光学スイッチング層３の第一の流体３ａが第一の表面層５ａと隣接するエリアにおいては光透過状態となる。このような電気的な手段（駆動手段）により、光吸収状態と透過状態を可逆的にスイッチングすることが可能である。

さらに、本実施の形態における第二の光学スイッチング層４の構成についてより詳細に説明する。
図３は本発明に係る表示素子の第１の実施の形態における第二の光学スイッチング層４の構成を示す概略断面図である。
本発明における第二の光学スイッチング層４に関しても、前述のような第一の光学スイッチング層３と同様のエレクトロウェッティング現象を使用した素子を適用することができる。

第二の光学スイッチング層４は、透明な中間層５と第二の基板２、隔壁４ｃにて構成される単位画素内に流体（４ａ，４ｂ）を保持する保持空間を有し、その中には互いに混合しない第三の流体４ａと第四の流体４ｂを含有する。

また第二の基板２は、図３に示すように第二の表面層２ａ、第二の透明電極層２ｂ、光反射材料から構成される第二の支持層２ｃを有する。
図２のように支持層が光透過材料からなる構成の下地に光反射材料を別途配置した構成ももちろん可能であるが、より高い反射率の確保と製造プロセス簡略化の観点より支持層が光反射材料である方が好ましい。

さらには前記光反射材料には外光を散乱させることにより白色を呈する材料を使用することが望ましく、材料の例としては、高分子樹脂の内部に酸化チタンやアルミナ等の高屈折率微粒子を含有させたものを用いることができる。より望ましくは、第二の支持層２ｃの材料には、光線や電子線の照射により物性が変化するフォトレジスト材料を用いることにより、第二の支持層２ｃと画素間の隔壁４ｃを同時に形成する。隔壁４ｃの形状や数については前述した第一の光学スイッチング層３と同様のものであれば良い。
隔壁４ｃを後から形成するプロセスのように隔壁の剥がれの心配が少なく、隔壁４ｃが画素間の光リークを防止するのでコントラスト比向上の効果も期待できる。フォトレジスト材料としては、プロセス耐性や表面平滑性などの条件が合致するものであれば特に制限は無いが、中でもＬＥＤ実装用に用いられる白色ソルダーレジストが適用しやすい。図３に示す第二の光学スイッチング層４の構成例では、第三の流体４ａは導電性または極性を示す透明液体であり、第四の流体４ｂは第三の流体４ａと混合しない流体が黒色に着色されたものを用いるのが望ましい。これらの具体的な材料はそれぞれ前記の第一の流体３ａ、第二の流体３ｂと同様である。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では、上記第１の実施の形態とは第一の光学スイッチング層１３及び第二の光学スイッチング層１４の構成が異なるものである。
図４は本発明に係る表示素子の第２の実施の形態における第一の光学スイッチング層１３の構成を示す概略断面図である。
第一の光学スイッチング層１３は、隔壁１３ｃにて分割される単位画素内に流体１３ａ，１３ｂを保持する保持空間を有する。特に本実施の形態の場合、保持空間における上部に広がる表示用空間（表示部）と、下部に広がる保持用空間（保持部）とから構成されてなる。この保持空間の中には互いに混合しない第一の流体１３ａと第二の流体１３ｂが含有される。

本実施の形態では、図４に示すように、透明中間層１５ｃは、光透過材料から構成される第二の支持層（１５ｃ）からなる。また、本実施の形態では、一対の第一の透明電極１５ａと、この上に対向するように積層された一対の第一の表面層１５ｂとを有する。保持部と表示部とは隣接した空間であり、これらを併せた保持空間は、隔壁１３ｃと一対の第一の表面層１５ｂと第一の支持層１５ｃとにより区画された空間である。
ここで、保持部は前述のとおり保持空間における上部に広がってなり、隔壁１３ｃと一対の第一の表面層１５ｂと表示部とにより区画された空間である。一方、表示部は前述のとおり保持空間における下部に広がってなり、一対の第一の表面層１５ｂと第一の支持層１５ｃと保持部とにより区画された空間である。

第一の基板１１は、第二の基板１２側に透明電極層をさらに積層したものであっても良い。また、透明中間層１５の第二の基板１２側には、透明電極層をさらに積層しても良い。
一対の第一の透明電極１５ａ、一対の第一の表面層１５ｂ、透明中間層１５ｃおよび画素間の隔壁１３ｃなどは、図２の第一の光学スイッチング層３の説明で示したと同様の材料・方法で形成することができる。

図４に示す第２の実施の形態における第一の光学スイッチング層１３の構成例においては、第二の流体１３ｂが導電性または極性を示す流体が所定色に着色されたものであり、第一の液体１３ａは第二の流体１３ｂと混合しない透明流体である。定常状態においては、表示用空間の表面（第一の表面層１５ｂ）が撥水性であるために、第二の流体１３ｂは保持用空間内に存在し、表示用空間には第一の流体１３ａが存在しているため、第一の光学スイッチング層１３は巨視的には光透過状態である。ここに電圧が印加されると、第一の表面層１５ｂの界面張力すなわち濡れ性が変化することによって第二の流体１３ｂが表示用空間に濡れ拡がり、第一の流体１３ａが保持空間へと移動する。これにより、第一の光学スイッチング層１３が第二の流体１３ｂの色を呈する。このような電気的な手段（駆動手段）により、光吸収状態と透過状態を可逆的にスイッチングすることが可能である。

図５は本発明に係る表示素子の第２の実施の形態における第二の光学スイッチング層１４の構成を示す概略断面図である。
第二の光学スイッチング層１４にも図４に示すような構成と同様に、図５に示すような構成の素子を用いることができる。
本実施の形態では、第二の基板１２ｃは光反射材料から構成される第二の支持層（１２ｃ）からなる。光透過材料から成る支持層の下地に光反射材料を別途配置した構成も可能であるが、より高い反射率の確保と製造簡略化の観点より支持層が光反射材料であるほうが好ましい。第二の支持層１２ｃに用いる光反射材料は図３の第二の光学スイッチング層４の説明で示したと同様の材料・方法で形成することができる。

また本実施の形態では、第二の光学スイッチング層１４は、一対の第二の透明電極１２ａと、この上に対向するように積層された一対の第二の表面層１２ｂとを有する。保持部と表示部とは隣接した空間であり、これらを併せた保持空間は、隔壁１４ｃと一対の第二の表面層１２ｂと第二の支持層１２ｃとにより区画された空間である。
ここで、保持部は前述のとおり保持空間における上部に広がってなり、隔壁１４ｃと一対の第二の表面層１２ｂと表示部とにより区画された空間である。一方、表示部は前述のとおり保持空間における下部に広がってなり、一対の第二の表面層１２ｂと第二の支持層１２ｃと保持部とにより区画された空間である。一対の第二の透明電極１２ａ、一対の第二の表面層１２ｂ、および画素間の隔壁１４ｃなどは、図３の第二の光学スイッチング層４の説明で示したと同様の材料・方法で形成することができる。

図５に示す第２の実施の形態における第二の光学スイッチング層１４の構成例においては、第四の流体１４ｂとして導電性または極性を示す流体が黒色に着色されたもの、第三の流体１４ａは第四の流体１４ｂと混合しない透明流体を用いるのが望ましい。定常状態においては、表示用空間の表面が撥水性であるために、第四の流体１４ｂは保持用空間内に存在し、表示用空間には第三の流体１４ａが存在しているため、第二の光学スイッチング層１４は巨視的には光透過状態であり、下層に設けられた光反射材料から構成される第二の支持層１２ｃにより光が反射される。ここに電圧が印加されると、第二の表面層１２ｂの界面張力すなわち濡れ性が変化することによって第四の流体１４ｂが表示用空間に濡れ拡がり、第三の流体１４ａが保持空間へと移動する。これにより、第二の光学スイッチング層１４が第四の流体１４ｂの色を呈する。このような電気的な手段（駆動手段）により、光吸収状態と透過状態を可逆的にスイッチングすることが可能である。

第一の透明電極層１５ａ及び第二の透明電極層１２ａは、いずれも複数の画素夫々に対応して設けられてなり、各画素毎に電気的に分断されている。換言すると、各隣接する保持空間の間（またはその基板垂直方向位置）で電気的に分断されている。その具体的な達成方法としては、画素の境界部にマスキング材を配置した状態で第一の透明電極層１５ａ及び第二の透明電極層１２ａを形成する、あるいは、第一の透明電極層１５ａ及び第二の透明電極層１２ａを形成した後にフォトリソ・エッチングプロセスにて境界部分を除去するなどの方法で行うことができる。

第一の光学スイッチング層１３および第二の光学スイッチング層１４の各画素は、各々がマトリクス状に規則的に配置されている。第一の光学スイッチング層１３は、例えばシアン・マゼンタ・イエローを呈示できるサブ画素を規則的に配置する。さらには、第二の光学スイッチング層１４も前記サブ画素とピッチが等しくなるように形成し、縦方向（第一の基板、第二の基板、透明中間層等に対する垂直方向）に第一の光学スイッチング層１３および第二の光学スイッチング層１４が揃うことによって、各サブ画素が、白・黒・カラーの三色表示をすることが可能になり、フルカラーディスプレイが実現される。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下に示す実施例のうち、実施例１〜２および４は本発明の範囲に属しない参考例としての試験例である。
（実施例１）
図６は実施例１のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。
第一の基板１０１、第二の基板１０２および第一の支持層１０５ｃ（透明中間層１０５の支持層）となる基板として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を三枚準備した。
第一の基板１０１上には透明電極１０６ｂとしてＩＴＯを厚さ２００ｎｍで形成した。第二の基板上には、外光を吸収するための黒色層１０８としてカーボンを主成分とする樹脂ブラックを厚さ１μｍでコーティングし、その上に第二の透明電極１０２ｂとしてのＩＴＯを厚さ２００ｎｍで形成した。さらに、粒径２０μｍの樹脂ビーズを散布した。

第一の支持層１０５ｃ（透明中間層１０５）の両面に、表裏のパターンが合うようにＩＴＯ面１０５ｂ，１０７ｂをパターニング形成した。さらに、第一の透明電極１０５ｂであるＩＴＯ上には、市販のフッ素化ポリマー（サイトップ ＣＴＬ−８０９Ｍ、旭硝子社製）を溶剤であるパーフルオロトリブチルアミンに溶かし、厚み２００ｎｍとなるようにコート条件を調整した上でスピンコート塗布、ベークすることで第一の表面層１０５ａを形成した。次いで、第一の支持層１０５ｃの第二の基板１０２側の面に形成されたＩＴＯ面１０７ｂに、表示部となる部分の周囲に注入口を残してシール剤をディスペンサ塗布し、第二の基板１０２上に形成されたＩＴＯ面（第二の透明電極）１０２ｂと対向するように貼り合わせてシール剤を硬化させることで空セル（保持空間）を作成した。

このセルに、ＰＤＬＣ用の液晶組成物、モノマー組成物、および重合開始剤の混合物である前駆体材料を封入した後、透明中間層１０５側から、高圧水銀ランプにより波長３６５ｎｍ中心、照射光強度５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を２分間照射することによってＰＤＬＣから成る第二の光学スイッチング層１０４を形成した。

第一の表面層１０５ａの上に、高分子の絶縁材料（ポリイミド）をスクリーン印刷法で転写、乾燥し、画素の境界を定義する隔壁１０３ｃを形成した。印刷時には、透明中間層１０５上の画素となる領域に形成されたＩＴＯパターン（第一の透明電極１０５ｂ）が、隔壁１０３ｃによって区画された画素領域と重なるように予め位置合わせを施している。

第一の光学スイッチング層１０３に用いる流体として、水及び、シアン・マゼンタ・イエローを呈する無極性の染料でそれぞれ着色されたアルカン系オイル（ドデカン）を準備した。まず一画素に一色ずつ各色のオイルを注入した。続いて水を注入し、第一の基板１０１のＩＴＯ面（透明電極）１０６ｂが内側となるように透明中間層１０５と貼り合わせて固定し、二種の流体を封入した第一の光学スイッチング層１０３を形成した。

前記の手順にて得られたカラー表示素子の第一の光学スイッチング層１０３は、定常状態で染料の色を呈示し電圧印加状態で光を透過する。第二の光学スイッチング層１０４は、定常状態で白色を呈示し電圧印加状態では光が透過し下地の黒色層１０８にて吸収されるので黒色が呈示される。二つの光学スイッチング層１０３，１０４の所望の部位に適宜電圧を印加することにより、良好なカラー表示特性が得られることを確認した。

（実施例２）
図７は実施例２のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。
第一の基板２０１、第二の基板２０２および第一の支持層２０５ｃ（透明中間層２０５の支持層）となる基板として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を三枚準備した。

第一の光学スイッチング層２０３に用いる電気泳動分散液として、シリコーンオイル中にシアンに着色された帯電粒子を所定の割合で混合し、超音波処理にて一時間分散させることで、シアン粒子分散液を得た。同様にして、マゼンタ・イエローの粒子分散液もそれぞれ準備した。

第二の光学スイッチング層２０４に用いる互いに混合しない流体として、所定量の黒色顔料を分散させた導電性液体と、アルカン系オイル（ドデカン）を準備した。

第二の基板２０２上に、ＰＥＴ樹脂に酸化チタン微粒子を混合した材質の白色シート厚さ１００μｍを貼り付け固定し、第二の透明電極２０２ｂ（下側）としてＩＴＯが画素となる部分に製膜されるよう厚さ２００ｎｍでパターニング形成した。次に、各画素の流体の保持用空間にあたる部分にエキシマレーザー加工を施して白色シートに円柱状の孔を開口させた。続いて、誘電体層としてパリレンを化学気相蒸着法にて５００ｎｍの厚みで製膜した上に、フッ素化ポリマー（サイトップ ＣＴＬ−８０９Ｍ、旭硝子社製）を溶剤であるパーフルオロトリブチルアミンに溶かしたものをスピンコート塗布、ベークすることによって厚み１００ｎｍの撥水性の第二の表面層２０２ａを形成した。

第一の支持層２０５ｃにはその両面にＩＴＯをパターニング形成した。上面側のＩＴＯパターン（第一の透明電極）２０５ｂは、各画素部分において面積の異なる各二つの領域に分割された構成を有している。分割された二つの領域のうち、一方は他方と比較して小さな面積を有していて、小さい方のＩＴＯパターン２０５ｂは面積比で大きいほうのＩＴＯパターン２０５ｂの５分の１である。

下面側のＩＴＯパターン（第二の透明電極２０５ｂの上側）は第二の基板２０２と対向させたときに第二の透明電極２０２ｂの下側とパターンがあうように調整した。第一の基板２０１には、透明中間層２０５と対向させたときに、上面のＩＴＯパターン（第一の透明電極）２０５ｂのうち、面積の小さいほうと重なり合うようにブラックマトリクス２０９のパターンを形成しておく。ブラックマトリクスの材料としてチタンブラックを分散させたレジストを用いて、フォトリソグラフィ法で形成した。

しかる後に、透明中間層２０５の上面側に５０μｍのスペーサーを散布し、各画素の境界部分に白色のＵＶ硬化接着剤をディスペンサ塗付して隔壁２０３ｃを形成した。次いで第一の基板２０１を位置合わせを施した上で貼り合わせ、接着剤を硬化させることによりセル（保持空間）を作製した。
このセルに、各画素端部に予め形成しておいた注入口より各色の粒子分散液を順次注入することで、着色粒子の電気泳動によりスイッチングが可能な第一の光学スイッチング層（電気泳動層）２０３を得た。

第二の表面層２０２ａの上の各画素の境界部分に白色のＵＶ硬化樹脂を用いて隔壁２０４ｃを形成した。続いて、マイクロキャピラリーを用いて黒色の導電性液体を画素の保持空間へ導入し、その上にオイル（ドデカン）を充填した。これを、前述の第一の光学スイッチング層２０３の透明中間層２０５側と位置あわせを施して貼り合わせることで、エレクトロウェッティング現象によりスイッチングが可能な第二の光学スイッチング層（エレクトロウェッティング層）２０４と第一の光学スイッチング層（電気泳動層）２０３との積層構造を形成した。

前記の手順にて得られたカラー表示素子の第一の光学スイッチング層２０３は、透明中間層２０５の上面部に形成したＩＴＯパターン（第一の透明電極）２０５ｂのうち面積の小さい方に電圧を印加した状態においては、着色粒子が視認されず、巨視的には光透過状態となる（図８（１）参照）。一方、ＩＴＯパターン（第一の透明電極）２０５ｂの面積の大きいほうに電圧を印加した状態においては、着色粒子がＩＴＯ上に拡がり、各画素は封入された着色粒子の色を呈示する（図８（２）参照）。第二の光学スイッチング層２０４は定常状態では白色を呈示し、電圧印加状態では黒色の導電性液体が表示用空間に濡れ拡がることにより黒色を呈示する。二つの光学スイッチング層２０３，２０４の所望の部位に適宜電圧を印加することにより、良好なカラー表示特性が得られることを確認した。

（実施例３）
図９は実施例３のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。
第一の基板３０１、第二の基板３０２および第一の支持層３０５ｃ（透明中間層２０５の支持層）となる基板として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を三枚準備した。

第一の光学スイッチング層３０３に用いるエレクトロクロミック材料として、電圧印加によってシアン・マゼンタ・イエローに発色するテレフタル酸系化合物を準備し、エタノールに溶解させた。各溶液にＴｉＯ_２ナノ粒子を加えて分散させることで、粒子の表面にエレクトロクロミック材料を吸着させ、エレクトロクロミック複合体材料の分散液とし、さらに少量の界面活性剤を加えた。

第二の光学スイッチング層３０４に用いる流体として、水及び、黒色を呈する無極性の染料で着色されたアルカン系オイル（ドデカン）を準備した。
第一の基板３０１上には透明電極としてＩＴＯ面３０６ｂを形成した。第二の基板３０２上には、ネガ型の光散乱性フォトレジスト（ＰＳＲ−４０００、太陽インキ製造社製）塗布し、画素となる部分をマスクした状態で所定条件にてＵＶ露光後に現像処理を行い、フォトレジスト材料の画素部分が凹状になった構造体を得た。次に、第二の透明電極３０２ｂとしてのＩＴＯを画素部分に製膜されるようパターニング形成した。続いて、誘電体層としてパリレンを化学気相蒸着法にて３００μｍの厚みで製膜した上に、フッ素化ポリマー（サイトップ ＣＴＬ−８０９Ｍ、旭硝子社製）を溶剤であるパーフルオロトリブチルアミンに溶かしたものをスピンコート塗付、ベークすることによって厚み１００ｎｍの撥水性の第二の表面層３０２ａを形成した。

第一の支持層３０５ｃの両面に、表裏のパターンが合うようにＩＴＯ面３０５ｂ，３０７ｂが画素となる部分に製膜されるようパターニング形成した。その上面側（第一の基板３０１側）の画素の境界部には、遮光性材料を含む高分子材料を印刷法にて転写・硬化させることで隔壁３０３ｃを形成した。続いて各画素部分に一画素に一色ずつ、予め準備しておいたエレクトロクロミック複合体材料の分散液をインクジェット法にて塗布し、エレクトロクロミックの層（第一の光学スイッチング層）３０３を形成した。

第二の表面層３０２ａ上の各画素に黒色を呈する無極性の染料で着色されたアルカン系オイル（ドデカン）と水を注入した後、透明中間層３０５の下面側と対向させて貼り合わせて固定することで、二種の流体を封入した第二の光学スイッチング層（エレクトロウェッティング層）３０４を形成した。

前記の手順で得られた、エレクトロクロミック層（第一の光学スイッチング層）３０３を上面に有する第二の光学スイッチング層３０４と、第一の基板３０１を、厚さ２０μｍのスペーサーを介して対向させて固定した。エレクトロクロミック層３０４と第一の基板３０１との間の空間に、液状の電解質（過塩素酸テトラブチルアンモニウムのプロピレンカーボネート溶液）を封入して電解質層を形成し、周囲を封止することで、第一の光学スイッチング層３０３と第二の光学スイッチング層３０４の積層構造を得ることができた。

前記の手順にて得られたカラー表示素子の第一の光学スイッチング層３０３は、電圧非印加状態では光を透過し、電圧を印加すると各エレクトロクロミック材料の吸収波長に応じた色を呈示する。第二の光学スイッチング層３０４は、定常状態では黒色を呈示し電圧印加状態では第二の基板３０２上の光散乱性レジストの白色を呈示する。二つの光学スイッチング層３０３，３０４の所望の部位に適宜電圧を印加することにより、良好なカラー表示特性が得られることを確認した。

（実施例４）
図１０は実施例４のカラー表示素子の構成を示す概略断面図である。
第一の基板４０１、第二の基板４０２、第三の基板４０５ｃ２、第四の基板４０５ｃ３、第五の基板である第一の支持層４０５ｃ１、第六の基板４１９となる基板として、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を六枚準備した。
第一の光学スイッチング層４０３に用いる互いに混合しない流体として、シアン・マゼンタ・イエローの顔料を所定量分散させた導電性液体３種と、透明なアルカン系オイル（ドデカン）を準備した。第二の光学スイッチング層３０４に用いる互いに混合しない流体として、所定量の黒色顔料を分散させた導電性液体と、アルカン系オイル（ドデカン）を準備した。

第一の基板４０１および透明中間層４０５を構成する第四の基板４０５ｃ３には、ＩＴＯ（第一の透明電極４０２ｂの下部，第二の透明電極４０５ｂの下部）が画素となる部分に製膜されるようにパターニング形成した後に、誘電体層としてパリレンを化学気相蒸着法にて３００μｍの厚みで製膜した上に、フッ素化ポリマー（サイトップ ＣＴＬ−８０９Ｍ、旭硝子社製）を溶剤であるパーフルオロトリブチルアミンに溶かしたものをスピンコート塗付、ベークすることによって厚み１００ｎｍの撥水性の第一の表面層４０５ａ（の上部）及び第二の表面層４０２ａ（の上部）を夫々形成した。

第二の基板４０２の一部、及び透明中間層４０５を構成する第五の基板である第一の支持層４０５ｃ１の一部として、画素の流体保持用空間となる場所に予め導電材料（銀ペースト）を充填した直径５０μｍのビアホール４１１，４１１’が形成されたものを準備した。

次いで、この第一の支持層４０５ｃ１の一部の上に透明厚膜レジストを塗布し、流体保持用空間となる部分をネガマスクで遮光した状態でＵＶ露光後、現像を行い、各画素に保持用空間となるスペースを開口させて、第五の基板である第一の支持層４０５ｃ１を作製した。次に、第一の透明電極４０５ｂ（の下部）としてＩＴＯが画素となる部分に製膜され、隣り合う画素間にて分断されるようにパターニング形成した。続いて、誘電体層としてパリレンを化学気相蒸着法にて５００ｎｍの厚みで製膜した上に、フッ素化ポリマー（サイトップ ＣＴＬ−８０９Ｍ、旭硝子社製）を溶剤であるパーフルオロトリブチルアミンに溶かしたものをスピンコート塗布、ベークすることによって厚み１００ｎｍの撥水性の第一の表面層４０５ａ（の下部）を形成した。第一の表面層４０５ａの上の各画素の境界部分に白色のＵＶ硬化樹脂（ＰＳＲ−４０００、太陽インキ製造社製）を用いて隔壁４０３ｃを形成した。

続いて、マイクロキャピラリーを用いて着色され導電性液体を第一の支持層４０５ｃ１（とこの上に積層された第一の表面層４０５ａの下部）と隔壁４０３ｃにより形成された画素の保持空間へ導入し、その上にオイルを充填した。３色の導電性液体が規則的に配列するよう、この作業を繰り返した。これを第一の基板４０１上に積層された第一の表面層４０５ａ側と位置合わせをして貼り合わせた。

透明中間層４０５の一部を構成する第三の基板４０５ｃ２上に、ゲート電極４１５となるＩＴＯを形成し、ＳｉＯＮのゲート絶縁膜４１８を厚み３００ｎｍでスパッタリングにて形成した。さらに、酸化物半導体材料であるａ−ＩｎＧａＺｎＯ（４１６）をスパッタリングにてパターン形成した後、ソース電極４１４・ドレイン電極４１３としてＩＴＯをパターニング形成した。また、ａ−ＩｎＧａＺｎＯ（４１６）の上面にＳｉＯＮからなる保護層４１７を形成した。これにより、ボトム・ゲート型の透明ＴＦＴが得られた。
得られたＴＦＴ上のソース電極４１３と第五の基板４０５ｃ１のビアホール４１１部分で位置合わせを施し、透明異方性導電接着シート４１２を介してこれらを貼り合わせることで、第一の光学スイッチング層４０３を得た。

また、上記の第二の基板４０２の一部の上に、白色厚膜レジストを塗布し、流体保持用空間となる部分をネガマスクで遮光した状態でＵＶ露光後、現像を行い、各画素に保持用空間となるスペースを開口させて、第二の基板４０２を作製した。次に、第二の透明電極４０２ｂ（の下部）としてＩＴＯが画素となる部分に製膜され、隣り合う画素間にて分断されるようにパターニング形成した。続いて、誘電体層としてパリレンを化学気相蒸着法にて５００μｍの厚みで製膜した上に、フッ素化ポリマー（サイトップ ＣＴＬ−８０９Ｍ、旭硝子社製）を溶剤であるパーフルオロトリブチルアミンに溶かしたものをスピンコート塗布、ベークすることによって厚み１００ｎｍの撥水性の第二の表面層４０２ａ（の下部）を形成した。第二の表面層４０２ａの上の各画素の境界部分に白色のＵＶ硬化樹脂（ＰＳＲ−４０００、太陽インキ製造社製）を用いて隔壁４０４ｃを形成した。

続いて、マイクロキャピラリーを用いて黒色顔料を分散させた導電性液体を第二の基板（とこの上に積層された第二の表面層４０２ａの下部）と隔壁４０４ｃにより形成された画素の保持空間へ導入し、その上にオイルを充填した。これを第四の基板４０５ｃ３の第二の表面層４０２ａ側と位置合わせをして貼り合わせた。

第六の基板４１９上に、ナノ銀インクをインクジェット法により印刷形成・乾燥させてゲート電極４１５’を形成した。次に、スピンコート法を用いて熱重合型ポリイミドを塗布し、熱処理することによって、ゲート絶縁膜４１８’を形成した。ソース電極４１４’・ドレイン電極４１３’を形成する領域に、フォトマスクを介して、紫外線を照射することにより、表面改質を実施した。さらに、ナノ銀インクをインクジェット法にて印刷形成し、乾燥させることによって、ソース電極４１４’・ドレイン電極４１３’を形成した。

次に、インクジェット法を用いて、下記式１の構造式で表される有機半導体材料をキシレンに溶解させることによりインク化したものを膜形成することによって、有機半導体層４１６’を形成し、その上面を絶縁ポリマー（ポリイミド）からなる保護層４１７’で覆うことにより、有機ＴＦＴが得られた。

得られたＴＦＴのソース電極４１３’と第二の基板４０２のビアホール４１１’部分で位置合わせを施し、異方性導電接着シート（ＡＣＦ）４１２’を介してこれらを貼り合せることで、第二の光学スイッチング層４０４を得た。

第一の光学スイッチング層４０３と第二の光学スイッチング層４０４を、各画素が縦方向に（各基板の垂直方向において）揃うように積層し固定することでカラー表示素子とすることができた。二つのトランジスタを駆動することで、明るく応答性に優れた表示特性が得られることを確認することができた。

以上の実施例１〜４によれば、高い白反射率とコントラスト比を有し、高品質、高精細な表示が可能なカラー表示素子が得られた。

１，１１ 第一の基板
２，１２ 第二の基板
２ａ，１２ａ 第二の表面層
２ｂ，１２ｂ 第二の透明電極層
２ｃ，１２ｃ 第二の支持層
３，１３ 第一の光学スイッチング層
３ａ，１３ａ 第一の流体
３ｂ，１３ｂ 第二の流体
３ｃ，１３ｃ 隔壁
４，１４ 第二の光学スイッチング層
４ａ，１４ａ 第三の流体
４ｂ，１４ｂ 第四の流体
４ｃ，１４ｃ 隔壁
５，１５ 透明中間層
５ａ，１５ａ 第一の表面層
５ｂ，１５ｂ 第一の透明電極層
５ｃ，１５ｃ 第一の支持層

特開２００３−１６１９６４号公報 特許第３８３１４７４号 特開２００５−５１７９９３号公報

Claims (4)

1. 第一の基板と、
   該第一の基板に対向して設けられ、光反射材料から構成される第二の支持層を具備する第二の基板と、
   前記第一の基板上に形成され、光透過状態と光吸収状態とに切り替わる第一の光学スイッチング層と、
   前記第二の基板上に形成され、光透過状態と光吸収状態とに切り替わる第二の光学スイッチング層と、
   前記第一の光学スイッチング層と前記第二の光学スイッチング層との間に形成され、光透過材料から構成される第一の支持層を具備する透明中間層と、
   前記第一の光学スイッチング層及び第二の光学スイッチング層に電圧を印加して夫々を駆動させる駆動手段と、を有する表示素子であって、
   前記第一の光学スイッチング層は、光透過状態と光吸収状態とに切り替わり、且つ、一対の第一の透明電極層と、独立に駆動可能な複数の第一の画素と、を備え、
   該複数の第一の画素は夫々、少なくとも複数の隔壁と、該複数の隔壁により区画された保持空間に含有されてなるエレクトロクロミック材料の分散液と、から構成されてなり、且つ、光吸収状態においてフルカラー表示が可能な少なくとも三色の原色の中の何れか一色を呈し、
   前記第二の光学スイッチング層は、光反射状態と光吸収状態とに切り替わり、且つ、一対の第二の透明電極層と、独立に駆動が可能な複数の第二の画素と、を備え、
   該複数の第二の画素は夫々、少なくとも複数の隔壁と、該複数の隔壁により区画された保持空間に含有されてなる互いに混合しない第三の流体と第四の流体と、から構成されてなり、且つ、光反射状態においては白色を呈し、光吸収状態においては黒色を呈し、
   前記第三の流体は、光透過性を有し、
   前記第四の流体は、黒色に着色され、
   前記第一の光学スイッチング層が有する複数の第一の画素と前記第二の光学スイッチング層が有する複数の第二の画素とは、ピッチが等しく、いずれもマトリクス状に規則的に配置されていると共に、互いが前記第一の基板の垂直方向に揃って配置されていることを特徴とする表示素子。
2. 前記光反射材料は、外光を散乱させることにより白色を呈する材料であることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
3. 前記光反射材料は、光線や電子線の照射により物性が変化するフォトレジスト材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
4. 前記第一の透明電極層及び前記第二の透明電極層は、いずれも前記複数の画素夫々に対応して設けられてなり、各画素毎に電気的に分断されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示素子。

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