WO2004081642A1

WO2004081642A1 - 表示システム

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Publication number: WO2004081642A1
Application number: PCT/JP2004/001845
Authority: WO
Inventors: Hideki Uchida
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2004-09-23
Also published as: CN100426080C; KR100640115B1; KR20050102118A; TW200422729A; US20060203154A1; CN1761908A; JP2004279669A; TWI286245B; US8077276B2

Abstract

本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子１０と、調光素子１０を透過した光および／または調光素子１０によって反射された光を変調することによって情報を表示する表示素子２０とを備えている。調光素子１０は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域を有し、表示素子２０に複数種類の情報が表示されているとき、表示されている情報の種類に応じて複数の領域のそれぞれの光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替えることができる。

Description

明細書

表ンステム

技術分野

本発明は、表示システムに関し、特に、透過光を用いた透過モードでの表示および反射光を用いた反射モードでの表示の両方が可能な表示システムに関する。背景技術

近年、モパイル用の電子機器の表示素子として反射型の液晶表示素子が広く甩いられている。反射型の液晶表示素子は、周囲光（外光）を反射することによって表示を行うので、低消費電力性に優れ、また、屋外での表示に非常に適している。

しかしながら、携帯電話や P D A (携帯情報端末）は、屋外から屋内まで、または、昼間から夜間までと非常に広い範囲で使用されるので、反射型の液晶表示素子を用いると周囲光が弱い状況下では利用できない。そのため、周囲光の強弱にかかわらず表示を行うことができる表示素子が求められている。

このような表示素子として、特開平 1 1 一 3 1 6 3 8 2号公報には、各画素内に光を反射する領域と光を透過させる領域とが作り込まれた透過反射両用型（以下では単に「両用型」とも呼ぶ。）の液晶表示素子が提案されている。この液晶表示素子は、光を反射する領域で周囲光を用いた反射モードの表示を行い、光を透過させる領域でバックライ卜からの光を用いた透過モードの表示を行うので、周囲光の強弱によらず表示を行うことができる。そのため、現在では、このような両用型の液晶表示素子が携帯電話に搭載され、広く用いられている。

しかしながら、上記特開平 1 1 一 3 1 6 3 8 2号公報に提案されている従来の両用型液晶表示素子では、各画素を光の利用態様が異なる 2つの領域に分割するので、反射モードの表示においても透過モードの表示においても、 1つの画素全体を表示に寄与させることはできない。そのため、 1画素全体を表示に寄与させる従来の反射型の液晶表示素子や透過型の液晶表示素子に比べると、表示特性が十分ではない。すなわち、透過モードの表示を行う場合には、光を透過させる領域が狭く、開口率が小さいので、明るさを十分に確保することが難しいし、また、反射モードの表示を行う場合にも、光を反射する領域が狭いので、明るさを十分に確保することが難しレまた、反射モードの表示時の光透過領域や透過モードの表示時の光反射領域では液晶層のリ夕デーションが最適化されず、光漏れが発生して黒表示状態の輝度が高くなつてしまうので、コントラスト比が低下してしまうという問題もある。

また、近年のインターネットの普及により、モパイル用の電子機器のディスプレイで表示されるコンテンツも、簡単な文字情報だけでなく、写真、絵などの静止画像、さらには動画像とさまざまである。本願発明者が、表示されるコンテンツの種類と表示モードとの関係について検討した結果、文字情報や静止画像を表示する場合には、視認性の観点から目にやさしい反射モードの表示が好ましいことが多く、動画像を表示する場合には、華やかさや輝度を重視する観点から透過モードの表示が好ましいことが多いことがわかった。ところが、従来の両用型液晶表示素子では、表示されるコンテンツに応じて反射モードの表示と透過モードの表示とを切り替えたとしても、既に述べたようにその表示特性は十分ではない。

さらに、表示されるコンテンツの多様化に伴い、表示素子の表示領域内に異なる種類の情報（例えば動画像と文字情報）を同時に表示させることも多くなると予想されるものの、従来の両用型液晶表示素子では、表示領域の一部の領域で透過モードの表示を行い、他の領域で反射モードの表示を行うことはできない。

このように、現状では、マルチシーンで十分な表示特性を示す表示素子、マルチコンテンッの表示に適した表示素子が開発されていない。発明の開示

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、透過モードの表示および反射モードの表示の両方で良好な表示特性を有し、マルチシーンでの使用およびまたはマルチコンテンッの表示に好適な表示システムを提供することにある。

本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、前記調光素子を透過した光およびまたは前記調光素子によって反射された光を変調することによって情報を表示する表示素子とを備えた表示システムであって、前記調光素子は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域を有し、前記表示素子に複数種類の情報が表示されているとき、前記表示されている情報の種類に応じて前記複数の領域のそれぞれの光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得る。

好ましい実施形態において、前記表示素子は、前記調光素子を透過した光を変調することによって表示を行う第 1の表示領域と、前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う第 2の表示領域とに互いに異なる種類の表示信号を供給する。

好ましい実施形態において、前記表示素子は、複数の画素を有し、前記調光素子が有する前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の画素のそれぞれに一対一で対応している。

好ましい実施形態において、前記調光素子は、第 1層および第 2 層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第 1層の光反射率が変化する調光素子であって、前記第 1層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、前記第 2層は、前記特定元素を含有し得る第 2材料を含み、前記第 2材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する。

好ましい実施形態において、前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、前記第 1材料は粒子である。

あるいは、本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、入射光を変調することによつて表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、前記調光素子は、第 1層および第 2層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第 1層の光反射率が変化する調光素子であり、前記第 1層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、前記第 2層は、前記特定元素を含有し得る第 2材料を含み、前記第 2材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する。

典型的には、前記表示素子は、前記調光素子を透過した光およびまたは前記調光素子によって反射された光を変調することによつて表示を行う。

好ましい実施形態において、前記元素は水素であり、前記第 1材料は、水素濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る。

好ましい実施形態において、前記第 2層は、水素貯蔵材料を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記第 1層および前記第 2層の各々の水素平衡圧一組成等温線（P T C特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する。

好ましい実施形態において、前記 P T C特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記第 1層および前記第 2層の水素平衡圧力がほぼ同等である。

好ましい実施形態において、前記第 2層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記第 1層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記第 2材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う。

好ましい実施形態において、前記第 2材料は、光の照射により、前記特定元素の放出または吸収を行う。

好ましい実施形態において、前記第 2層は、光触媒性を有する材料を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記特定元素のイオンを前記第 2材料から前記第 1材料へ、または前記第 1材料から前記第 2材料へ移動させるための電界を形成する 1対の導電層を備えている。

好ましい実施形態において、前記第 1および第 2層は、前記一対の導電層の間に位置している。

好ましい実施形態において、前記第 1層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。

好ましい実施形態において、前記第 2層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。

好ましい実施形態において、前記第 2層は、光透過性を有している。 .

好ましい実施形態において、前記第 1層および第 2層の少なくとも一方が多層構造を有している。

あるいは、本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、入射光を変調することによつて表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であり、前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、前記第 1材料は粒子である。典型的には、前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および Zまたは前記調光素子によって反射された光を変調することによつて表示を行う。

好ましい実施形態において、前記第 1材料は、前記特定元素の濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る。

好ましい実施形態において、前記第 1材料が前記光反射状態のとき、前記調光層は光を拡散反射する。

好ましい実施形態において、前記粒子の直径は 3 5 0 n m以上であり、かつ前記調光層の厚さ以下である。

好ましい実施形態において、前記特定元素は水素である。

好ましい実施形態において、前記特定元素を含有し得る第 2材料を含む変換層をさらに備え、前記第 2材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する。

好ましい実施形態において、前記特定元素は水素であり、前記変換層は水素貯蔵材料を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記調光層および前記変換層の各々の水素平衡圧 -組成等温線（P T C特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する。

好ましい実施形態において、前記 P T C特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記調光層および前記変換層の水素平衡圧力がほぼ同等である。

好ましい実施形態において、前記変換層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記調光層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記第 2材料は、電気化学的反応により、前記特定元素の放出また吸収を行う。

好ましい実施形態において、前記調光層および前記変換層は、前記一対の導電層の間に位置している。

好ましい実施形態において、前記調光層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。

好ましい実施形態において、前記変換層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。

好ましい実施形態において、前記変換層は、光透過性を有している。

好ましい実施形態において、前記調光層および変換層の少なくとも一方が多層構造を有している。

好ましい実施形態において、前記表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子である。好ましい実施形態において、前記表示素子に対して観察者とは反対側に配置された照明装置をさらに備えている。

好ましい実施形態において、前記調光素子は、前記表示素子と前記照明装置との間に配置されている。

好ましい実施形態において、前記調光素子は、前記表示素子の内部に設置されている。

好ましい実施形態において、前記表示素子は、第 1のカラーフィル夕を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記調光素子は、第 2のカラーフィル夕を含んでいる。

好ましい実施形態において、前記表示素子は、第 1のカラーフィル夕を含み、前記調光素子は、第 2のカラーフィル夕を含み、前記第 2のカラーフィルタは、前記第 1層に対して観察者とは反対側に配置されている。

好ましい実施形態において、前記表示素子は、第 1のカラーフィル夕を含み、前記調光素子は、第 2のカラーフィル夕を含み、前記第 2のカラ一フィル夕は、前記調光層に対して観察者とは反対側に配置されている。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による表示システムを模式的に示す断面図である。図 2は、コンテンッの種類に応じて表示モードを切り替える様子を模式的に示す図である。

図 3は、表示モードを切り替える態様を示す模式図である。

図 4は、表示モードを切り替える態様を示す模式図である。

図 5は、調光素子の構成を模式的に示す断面図である。

図 6 ( a )、（b ) および（c ) は、図 5に示す調光素子の動作原理を示す図である。

図 7は、調光素子を模式的に示す断面図である。

図 8は、調光層および変換層の水素平衡圧一組成等温線（P T C 特性曲線）を示すグラフである。

図 9は、他の調光素子の動作を示す図である。

図 1 0は、他の調光素子を模式的に示す断面図である。

図 1 1は、他の調光素子を模式的に示す断面図である。

図 1 2は、他の調光素子を模式的に示す断面図である。

図 1 3は、他の調光素子を模式的に示す断面図である。

図 1 4は、本発明による表示システムの第 1の実施形態を示す断面図である。

図 1 5は、本発明による表示システムの第 2の実施形態を示す断面図である。

図 1 6は、本発明による表示システムの第 3の実施形態を示す断面図である。

図 1 7は、本発明による表示システムの第 3の実施形態を示す断面図である。

図 1 8は、本発明による表示システムの第 3の実施形態を示す断面図である。

図 1 9は、本発明による表示システムの第 4の実施形態を示す断. 面図である。

図 2 0は、調光粒子を含む調光素子の構成を模式的に示す断面図である。

図 2 1は、調光粒子を含む調光素子を模式的に示す断面図である。図 2 2 ( a ) および（b ) は、調光粒子を含む他の調光素子を模式的に示す断面図である。

図 2 3は、調光粒子を含む他の調光素子を模式的に示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、図 1を参照しながら、本発明による表示システム 1 0 0の基本的な構成を説明する。

表示システム 1 0 0は、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子 1 0と、入射光を変調することによって表示を行う表示素子 2 0とを備えている。表示システム 1 0 0は、さらに、表示素子 2 0の背面側（観察者とは反対側）に配置されたバックライト（照明装置） 3 0を備えている。

調光素子 1 0は、光を反射する状態と光を透過する状態とを切り替えて呈することができる素子であり、表示素子 2 0とバックライト 3 0との間に配置されている。本実施形態における調光素子 1 0 は、図 1に示すように、調光層 1および変換層 2を含む積層構造を備え、調光層 1の光反射率が電気的刺激に応答して変化する。この調光素子 1 0は、さらに、調光層 1および変換層 2を挟みこむ一対の電極 3 aおよび 3 bを備えている。調光素子 1 0のより具体的な構成および動作原理は後述する。

表示素子 2 0は、その前面側から入射する光と背面側から入射する光の両方を変調することができ、調光素子 1 0を透過した光およびまたは調光素子 1 0によって反射された光を変調することによつて情報を表示する。表示素子 2 0は、例えば、一対の基板と、これらの基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子であり、一対の基板の液晶層側の表面に設けられた透明電極に電圧を印加することによって液晶層の配向状態を制御し、そのことによって液晶層を通過する光の変調を行う。なお、表示素子 2 0としては液晶表示素子に限定されず、前面側および背面側から入射する光を変調することができる表示素子であればどのようなものでも用いることができる。

図 1の左側に示すように、調光素子 1 0を光透過状態とし、バックライト 3 0を点灯させる（オン状態とする）と、照明装置 3 0からの光が調光素子 1 0を透過して表示素子 2 0に入射するので、表示素子 2 0でこの入射光を変調することによって、表示システム 1 0 0は透過モードの表示を行うことができる。

これに対して、図 1の右側に示すように、調光素子 1 0を光反射状態とすると、表示素子 2 0に前面側から入射した光が、表示素子 2 0を通過した後に調光素子 1 0で反射され、再び表示素子 2 0を通過するので、この過程で光を変調することによって、表示システム 1 0 0は反射モードの表示を行うことができる。このとき、調光素子 1 0の光反射状態への切り替えに同期してバックライト 3 0を消灯させて（オフ状態として）もよいし、点灯させたまま（オン状態のまま）でもよい。バックライト 3 0が点灯したままであっても、照明装置 3 0からの光は調光素子 1 0で反射されるので、表示素子 2 0にはほとんど入射しない。

このように、表示システム 1 0 0は、反射モードの表示と透過モ ―ドの表示とを切り替えて行うことができ、表示素子 2 0を反射型の表示素子としても透過型の表示素子としても機能させることができる。表示素子 2 0が有する複数の画素のそれぞれは、光を反射する領域と光を透過させる領域とに分割されている必要はないので、表示システム 1 0 0では、反射モードの表示においても透過モードの表示においても 1つの画素の全体を表示に寄与させることができる。従って、特許文献 1に開示されているような従来の透過反射両用型の液晶表示装置と比べると、反射モードおよび透過モ一ドの両方で明るく、コントラスト比の高い表示を実現することができる。そのため、本発明による表示システム 1 0 0は、様々な状況下すなわちマルチシーンで好適に使用することができる。

調光素子 1 0は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域（「調光領域」と称する。）を有していることが好ましく、表示素子 2 0に複数種類の情報が表示されているときには、これらの情報の種類に応じて各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得ることが好ましい。このような構成を有していることによって、表示素子 1 0に異なる種類のコンテンツが表示されている場合に、図 2に示すように、コンテンッの種類に応じて最適な視認性のモードで表示を行うことができるので、表示システム 1 0 0をマルチコンテンッの表示に好適に用いることができる。なお、図 2では、文字情報が表示される領域で反射モ一ドの表示を行い、動画情報や静止画情報が表示される領域で透過モ一ドの表示を行う場合を例示したが、コンテンッと表示モードとの対応関係はこれに限定されるわけではない。例えば、目へのやさしさの観点から、静止画情報が表示される領域で反射モードの表示を行ってもよい。

本実施形態における調光素子 1 0の場合、例えば、調光層 1および変換層 2を挟みこむ電極 3 a、 3 bを所定の形状にパターニングすることによって、調光層 1の複数の部位に電気的刺激をそれぞれ独立に与えることが可能となり、複数の調光領域を設けることができる。

調光領域の数や大きさ、配置などは、表示システム 1 0 0の用途などに応じて適宜決定すればよい。

例えば、図 3に示すように、調光素子 1 0を比較的大まかに分割しておき、調光領域 1 0 rの大きさに対して、表示領域 2 0 rで表示されるコンテンツの大きさ（表示される領域の大きさ）を合わせこんでもよい。

また、図 4に示すように、調光素子 1 0を表示素子 2 0の画素とほぼ同程度の大きさに分割しておき、表示領域 2 0 rで表示されるコンテンツの大きさに合わせて、各調光領域 1 O rの光透過状態と光反射状態とを任意に切り替えてもよい。

図 4では、表示素子 2 0の画素ピッチとほぼ同じピッチでストラィプ状にパターニングされた電極 3 aおよび 3 bの交点に調光領域 1 0 rが規定されており、各調光領域 1 0 rは表示素子 2 0の各画素に一対一で対応している。まず、表示すべきコンテンツ情報を表示信号変換コントローラ 2 1で表示用の信号に変換し、次に、表示素子 2 0を駆動する表示素子駆動回路（表示素子ドライバ） 2 2に信号を送る際に、同期させた信号を調光素子 1 0を駆動する調光素子駆動回路（調光素子ドライバ） 1 2にも送り込むことによって、表示素子 2 0で表示されるコンテンツの種類に応じて調光素子 1 0 の各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替えることができる。

なお、文字情報や静止画情報を表示する場合には、視認性の観点から目にやさしい反射モードの表示が好ましいことが多く、動画情報を表示する場合には、華やかさや輝度を重視する観点から透過モ一ドの表示が好ましいことが多いが、観察者によって視認性の違いや映像に関する嗜好の違いが存在するので、表示モードを手動で切り替えられるようにしておくことがさらに好ましい。

(調光素子）

以下、本実施形態における調光素子 1 0の構成および動作原理を説明するが、それに先立って、従来調光ミラーとして提案されている技術を説明する。

イットリウム（Y ) やランタン（L a ) などの金属薄膜が水素と結合することにより、可視光を透過し得る水素化物に変化する現象が米国特許第 5 6 3 5 7 2 9号明細書や H u i b e r t ら（ネイチヤー、 1 9 9 6年 3月、第 3 8 0卷、 p . 2 3 1— 2 3 4 ) によつて報告されている。この現象は可逆的であるため、雰囲気中の水素圧力を調節することにより、薄膜を金属光沢状態と透明状態との間で変化させることが可能である。

上記薄膜の光学特性を変化させ、金属光沢を示す状態と透明な状態とを切り替えることができれば、光の反射率ノ透過率を自由に調節できる調光ミラーを実現することができる。調光ミラーを例えば建物や自動車の窓ガラスとして使用すれば、太陽光を必要に応じて遮断（反射）し、または透過させることができる。

このような調光ミラーは、例えば、イットリウム薄膜の上にパラジゥム層を形成した構造を有している。パラジウムは、イットリウム薄膜の表面酸化を防止する機能と、雰囲気中の水素分子を効率的に水素原子に変化させ、イツトリゥムに供給する機能とを有している。イットリウムが水素原子と化学的に結合すると、 YH₂または YH₃が形成される。 YH₂は金属であるが、 YH 半導体であり、その禁制帯幅が可視光のエネルギょりも大きいため、透明である。

また、室温においても YH₂ YH₃の状態変化が迅速に（数秒程度で）生じるため、雰囲気中の水素含有量に応じて反射（金属光沢）状態と透明状態との間でスィツチングを行うことが可能である。

このように金属光沢^透明の遷移が可能な他の材料として、例えば、 Mg ₂N i薄膜が応用物理学会講演会 2 0 0 1春 3 1— a - Z S— 1 4に開示されている。

上記の従来技術によれば、薄膜の光学的状態を変化させることができるものの、これらに記載されている構成を用いて調光素子を実用化することは難しい。 1つには、薄膜を水素雰囲気へ暴露することが必要である。具体的には、薄膜と接する雰囲気ガス中の水素量 (水素分圧）を制御することが必要になる。このため、上記従来の構成を用いて調光素子を実用化することは難しい。

以下、本実施形態における調光素子 1 0を説明する。

まず、調光素子 1 0の基本的な構成を図 5を参照しながら説明する。調光素子 1 0は、図 5に示すように、調光層 M lおよび変換層 M 2を含む積層構造を備え、調光層 M 1の光反射率が外部刺激に応答して変化する。

調光層 M 1は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料を含んでいる。調光材料の好ましい例は、前述した Y、 L a、 M g ₂N i合金であり、 γ、 L a、 M g ₂ N i合金などの材料は、水素濃度に応じて金属一半導体（または絶縁体）状態間の遷移を行う。

変換層 M 2は、水素などの特定元素を含有し得る材料（本明細書では「変換材料」と称する。）を含んでいる。変換材料は、電荷 (電子や正孔）の注入 Z放出または光射などの外部刺激に応じて、上記の特定元素（例えば水素）を放出または吸収する。

以下、電荷の注入放出により、水素イオンが変換層 M 2から調光層 M 1へ、あるいは調光層 M 1から変換層 M 2へ移動するメカ二ズムを説明する。このメカニズムの特徴点は、調光層 M lの光学的特性を変化させる特定元素（水素）のイオンを、電気化学的な反応によってではなく、電荷の移動を媒介として移動させる点にある。まず、図 5を参照する。図 5に示されている調光層 M 1および変換層 M 2は、いずれも、水素を吸収 Z放出する能力を有するとともに、電荷（電子または正孔）およびイオンを移動させることができる電気伝導性を有している。

次に、図 6 ( a ) を参照する。図 6 ( a ) は、図 5の構造に含まれる調光層 M 1および変換層 M 2の初期状態を示している。この初期状態では、水素を実質的に貯蔵していない調光層 M 1 と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層 M 2との間で平衡状態が形成されている。調光層 M 1には充分な濃度の水素が存在していないため、調光層 M 1は金属状態にあり、金属光沢を示している。

次に、図 6 ( b ) に示すように、調光層 M 1の側に負電位を与えるとともに、変換層 M 2の側に正電位を与える。このとき、調光層 M lには負の電極（不図示）から電子が注入され、調光層 M lは電子リッチな状態となる。一方、変換層 M 2には正孔が注入される (電子が引き抜かれる）。変換層 M 2に注入された正孔は、変換層 M 2の内部を調光層 M 1に向かって移動してゆく。このような正孔の移動過程で、更に継続して変換層 M 2に正孔が注入されると、変換層 M 2は正孔リッチな状態となる。このため、変換層 M 2では、水素イオンを放出しやすい状態となる一方、調光層 M lでは、変換層 M 2から水素イオンを受け取り、保持する量が増える。

このため、調光層 M 1と変換層 M 2との間で成立していた水素の平衡状態が崩れ、調光層 M 1が水素をより多く保持しやすい状態となり、変換層 M 2から放出された水素イオンが調光層 M 1に移動することになる。こうして、図 6 ( c ) に示すように、新しい平衡状態が形成される。この状態では、調光層 M 1に移動した水素と調光材料とが結合して、調光層 M lが透明になる。

以上の反応を記述すると、 M 1 +M 2 (H) →M 1 (H) +M 2 となる。ここで、 M l (H) および M 2 (H) は、それぞれ、調光層 M 1に水素が保持されている状態、および変換層 M 2に水素が保持されている状態を示している。

以上の説明から明らかなように、調光層 M 1 と変換層 M 2との間では水素イオンの受け渡しが行なわれるだけで、他のイオンの関与する反応は生じていない。また、図 6 ( c ) の状態で印加電圧の極性を反転すると、逆方向に反応が進行するため、図 6 ( a) に示す元の平衡状態に復帰する。このように本発明によれば、電荷（電子や正孔）の移動によって水素の平衡状態を変化させることにより、水素を駆動することができるため、水素イオン以外の他のイオンを反応に関与させる必要がない。このため、複数種のイオンが関与する電気化学的な反応に比ベて応答速度が速くなる。また、電気化学的な反応が生じないため、正極側で水素ガスが発生する可能性も低く、電子素子としての安定した動作が可能になる。

以下、調光素子 1 0のより具体的な構成を説明する。

図 7に示す調光素子 1 0は、調光層 1および変換層 2を含む積層構造を備え、調光層 1の光反射率（光学的特性）が電気的刺激に応答して変化する。この調光素子は、調光層 1および変換層 2を挟みこむ一対の電極 3 a 、 3 bと、積層構造を支持する基板 4とを備えている。一対の電極 3 a 、 3 bには、外部から適切な電圧が印加され得るが、適宜、電極 3 aと電極 3 bとを単純に短絡させることも可能である。

なお、基板 4に対する変換層 2および調光層 1の積層順序は、図示されているものに限定されず、基板 4に近い側に変換層 2を配置し、その上に調光層 1を形成してもよい。

本実施形態における調光層 1は、水素濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料（例えばイットリウム）を含んでいる。調光層 1 の全体または一部が 1層または多層の調光材料から形成されてもよいし、あるいは、他の材料からなる膜中に調光材料の粒子が分散または連結した状態で存在していても良い。変換層 2は、水素を含有し得る変換材料を含んでいる。この変換材料は電極 3 aとの間で電子の授受を行うことにより、水素イオン (H + ) の放出 Z吸収を行うことができる。

図示する例では、電極 3 aに正の電位を与え、電極 3 bに負の電位を与えると、あらかじめ充分な量の水素を含有している変換層 2 の調光材料から水素イオンが放出される。放出された水素イオンは、積層構造中に形成された電界中を移動し、調光層 1に達した後、調光材料にドープされる.。このような水素の放出および移動のメカ二ズムは、前述したとおりである。調光層 1における調光材料は、水素と結合することにより、水素金属化合物を形成する。この結果、当初は金属状態にあった調光材料は、可視光を透適する半導体または絶縁体に変化する。

調光層 1は、蒸着法、スパッ夕法などによって作製され得る。金属光沢を示すミラ一として調光層 1を機能させる場合には、できる限り平坦性に優れた膜から調光層 1を形成することが好ましい。

変換層 2に含まれる変換材料は、定常状態で水素の原子またはィオンを貯蔵し保持することができ、外部刺激に応じて、水素貯蔵量 (保持量）を変化させる。このような水素を貯蔵できる材料としては、 L a N i ₅、 MnN i ₅、 C a N i ₅、 T i Mn ^, Z r Mn _Ύ ₅、 Z r Mn ₂、 T i N i、 T i F e、 M g ₂ N iなどの合金を用しることができる。また、カーボンナノチューブ（CNT) を用いることもできる。

変換層 2は、水素貯蔵材料のほかに電気伝導性材料を含んでいてもよい。電気伝導性材料が変換層 2に含まれていると、調光層 1 との間で水素イオンのやりとりを迅速に行うことができる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子や電荷移動錯体を用いることができる。また、変換層 2には、上記の水素貯蔵材料や電気伝導性材料以外とは別に必要に応じてバインダ樹脂などの結合材料を加えても良い。なお、一方の電極から注入された電荷がそのまま他方の電極に移動してしまうことを確実に抑制するため、調光層と変換層との間にセパレータ層を挿入してもよい。セパレー夕層の材料としては、イオンの移動が可能でありながら電荷の移動は生じにくい材料を選択することが望ましい。例えば、イオン交換体、多孔質絶縁物、イオン導電性高分子材料などを用いることができる。このような材料からなるセパレート層を配置すれば、電極から注入された電荷が反対の電極に突き抜けることが確実に防止されるため、調光層と変換層との間における電荷の移動効率を高めることができる。

変換層 2が複数の材料の混合物から形成される場合、これらの材料を溶媒に溶解させた溶液を用意し、スピンコ一ト法ゃ印刷法によつて塗布すれば、変換層 2を用意に形成することができる。このような変換層 2の形成は、インクジエツト法やその他の薄膜堆積技術を用いて行ってもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、電極 3 a 、 3 bに電圧を印加することにより、変換層 2の内部で電荷およびイオンの授受が行われる結果、前述したメカニズムにより、変換層 2と調光層 1との間で水素の移動を引き起こすことができる。このため、例えば、初期状態で水素がドープされていない調光層 1と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層 2とを用い、図 5に示すような電圧を印加すると、水素イオンが正極側から負極側に移動して、調光層 1にドープされる。すなわち、正極側では水素放出反応が進行し、負極側では水素と金属との結合反応が進行して、水素金属化合物が形成される。これに.対して、逆方向の電圧を印加すると、逆方向に水素の移動が生じるため、印加電圧の極性を交替することにより、調光層 1 の光学的状態を金属光沢一透明の間で可逆的に切り替えることがでさる。

変換層 2に貯蔵された水素の移動だけを考えると、電極 3 aと電極 3 bとを積層構造の外部で短絡させてもよい。このような短絡は、二次電池における放電と同様の現象であり、積層構造の内部状態を初期状態に復帰させることができる。

変換層 2と調光層 1が水素を保持する能力を持っため、電圧の印加を行わないとき（外部の回路を開放しているとき）、水素の移動が生じず、調光層 1の光学的状態が保持される（調光層のメモリ機能）。このため、水素保持能力に優れた材料を選択すれば、電力を消費することなく調光状態を長期間保持することができる。

上記の例とは逆に、あらかじめ水素をドープした調光層 1 と、水素を貯蔵していない状態の変換層 2とを用いてもよい。その場合は、調光層 1に正電位を、変換層 2に負電位を与えることにより、調光層 1から変換層 2に水素を移動させ、それによつて調光層 1における調光材料の光学的状態を変化させても良い。

本実施形態では、水素のドーピング量によって調光材料の光反射率ノ光透過率を制御することができるため、電極に印加する電圧や印加時間（デューティ比など）を調節することにより、調光層 1の光反射率ノ光透過率を制御することができる。水素保持能力に基づくメモリ一性を利用すれば、適切な光反射率 Z光透過率を保持することも容易である。

このような水素の貯蔵 Z放出を適切に制御する際には、水素平衡圧一組成等温線（以下、「P T C特性曲線」と称する。）に注目する必要がある。 P T C特性曲線は、図 8に示すように、水素の貯蔵量と水素平衡圧力との関係を示す。図 8のグラフでは、横軸が水素貯蔵量を示し、縦軸が水素平衡圧力を示している。

P T C特性曲線が横軸に対して概平行な部分（以下、「プラトー領域」と称する。）では、一定の平衡圧力内のもとで水素の貯蔵量が変化しえるため、水素平衡圧力を一定にした状態で水素の吸収 Z 放出を可逆的に行うことができる。このため、本実施形態の調光素子は、 P T C特性曲線のブラトー領域でスィツチング動作を行う。変換層 2および調光層 1は略同様の P T C特性を示すことが望ましい。より具体的には、図 8に示すように、変換層 2および調光層 1の P T C特性曲線におけるプラト一領域の「水素貯蔵量」の範囲が重なり合い、かつ、「水素平衡圧力」のレベルがほぼ等しいことが望ましい。同等の水素平衡圧力を示すことによって、調光層 1および変換層 2の間で水素の授受をスムーズに行うことができる。調光層 1および変換層 2の間で、水素平衡圧力差が大きくなると、それぞれの層で水素の吸放出が生じても、 2つの層の間で水素のやりとりを行うことができなくなってしまうからである。

また、変換層 2における P T C特性曲線のブラト一領域の水素貯蔵量範囲（幅）は、調光層 1における P T C特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）を含む大きさを有していることが更に好ましい。本実施形態の調光素子では、調光層 1の水素ドーピング量によって調光層 1の光透過率を制御するため、変換層 2における水素貯蔵量の変化の幅が調光層 1の状態変化に必要な水素ドーピング量の変化の幅よりも少ないと、調光層 1の光学的状態を充分に変化させることができなくなるからである。

再び、図 7を参照する。図 7に示す調光素子 1 0は、金属反射状態と透明状態との間でスィツチングを行うので、素子全体として透明度が高いことが好ましい。透明度の高い状態を形成するには、基板 4および電極 3 a 、 3 bだけではなく、変換層 2.を可視光城の全範囲で透過率の高い（吸収の無い）材料から形成する必要がある。しかし、水素貯蔵材料などの変換材料は、金属または着色した材料である場合が多く、このような変換材料の層から透明性の高い変換層 2を形成することは難しいことがある。このため、変換材料の微粒子を透明な材料と混合することによって変換層 2を形成することが好ましい。具体的には、光の波長以下の粒径を持つナノ粒子を変換材料から形成し、このナノ粒子を透明性に優れたバインダ樹脂で結合することができる。このようにして作製される変換層 2は、透明性および水素貯蔵能力の両方を発揮することができるだけではなく、変換材料がナノ粒子化することにより、その表面積が増加するため、水素の吸放出効率も上昇することも期待される。変換材料による水素の吸放出効率が上昇すると、調光動作の応答速度が向上するので好ましい。超微粒子状態の変換材料としては、カーボン系材料（C N T、フラーレンなど）やカリウム一黒鉛層間化合物などを用いることもできる。

調光層 1と変換層 2との間における電荷やイオンのやりとりを行うため、調光層 1と変換層 2との間に導電性高分子材料 P 1 (電子、正孔両電荷を輸送できる材料）の膜を配置することが好ましい。電荷移動性をもつ高分子膜を配置する代わりに、電解質膜を配置しても良い。電解質膜を配置すると、水素イオンの移動が電解質を介して起こりやすいので、特性を向上させることも可能である。導電性高分子材料 P 1は、導電性を付与するためのイオンがドーピングされているため、電解質膜としての機能も併せ持つている。導電性高分子材料 P 1、及びバインダ樹脂としてアクリル系樹脂で屈折率力 S ガラスとほぼ同等のものをブレンドしたものを用いることができる。なお、調光素子は、上述したものに限定されず、種々の改変が可能である。以下、図 9〜図 1 3を参照しながら、他の調光素子 1 0 A〜 1 0 Dを説明する。

図 9および図 1 0に示す調光素子 1 0 Aは、金属拡散反射（白 > 状態と光透過状態の間でスィツチングを行うことが可能である。調光素子 1 O Aは、図 1 0に示すように、凹凸を有する基板 4上に、電極 3 b、変換層 2、調光層 1、および電極 3 aが、この順序で積層された構造を有している。拡散反射を行うため、調光層 1の表面に微細な凸部および Zまたは凹部が存在している。

図 9を参照しながら、図 1 0の調光素子 1 0 Aの動作を説明する。図 9では、簡単化のため、電極 3 a、 3 bの記載は省略している。調光層 1の表面に微細な凸部が存在しているため、図 9の左側に示すように調光層 1が金属反射状態にあるとき、光を拡散反射することができる。一方、図 9の右側に示すように調光層 1が透明状態にあるときは、下層に位置する変換層 2が光を吸収する。

図 9に示す例では、基板の表面が微細な凸部を有しているため、変換層 2および調光層 1の全体の平坦性が基板の凹凸を反映した形状を有している。言い換えると、調光層 1の上面（光反射側の面）だけではなく、底面も下地の凹凸を反映した形状を有している。しかし、下地である変換層 2は凹凸構造を有している必要性は無いため、基板表面および変換層 2は平坦に形成した上で、調光層 1の上面のみに微細な凹部およびノまた凸部を形成するようにしてもょレこのように、調光素子 1 O Aによれば、調光層 1が金属反射状態にあるとき、反射光は散乱して白色として認識されるため、調光層 1の表面は白色に見える。

調光素子 1 O Aは、表面に凹凸を形成した基板 4を用いていることを除けば、調光素子 1 0と同様の構成を有し得る。例えば、変換層 2としては、水素貯蔵材料であるカリウム一黒鉛層間化合物、導電性高分子材料 P I (電子、正孔両電荷を輸送できる材料）、及びバインダ樹脂としてァクリル系樹脂をプレンドしたものを好適に用いることができる。

次に、図 1 1を参照しながら、他の調光素子 1 0 Bを説明する。調光素子 1 0 Bでは、図 1 1に示すように、調光層 1それ自体が電極の一方を兼ねている。調光層 1は、基本的に金属薄膜であるので電極として機能しえる。電極を調光層 1が兼ねることにより、電極を形成する工程がひとつ簡略化されるため、調光素子の製造工程数を低減することができる。

なお、図 1 1の調光素子 1 0 Bは、透明一金属反射型調光素子であるが、上述した他のタイプの調光素子であっても、調光層 1で電極を兼ねることができる。

続いて、図 1 2を参照しながら、他の調光素子 1 0 Cを説明する。調光素子 1 0 Cは、変換層が第 1変換層 2 aと第 2変換層 2 bの複数層に分離された構成を有している。本実施形態の調光素子では、水素などの特定元素を調光層 1にドープすることによって調光層 1 の状態を変化させるため、 2つの変換層 2 a、 2 bで調光層 1を挟み込む構成を採用すれば、効率的なドーピングが可能となり、調光に必要な状態変化の速度が向上する。調光層 1は、電極として機能し得るため、図 1 2の例では、調光層 1を電極として用いている。図 1 2の例では、水素の吸放出を行う部分が第 1変換層 2 a、調光層 1、および第 2変換層 2 bの 3層構造を有しているが、更に多層化することも可能である。調光層 1が単層であれば、調光の程度が不充分な場合でも、調光層 1の層数を増加させることにより、調光の程度を充分に大きくすることが可能になる。

次に、図 1 3を参照しながら、他の調光素子 1 0 Dを説明する。調光素子 1 0 Dでは、変換層 2の機能分離を行うため、変換層 2 が多層構造を付与されている。前述のように、変換層 2の機能は水素を貯蔵し、また、電荷の注入 Z放出に応じて水素を放出ノ再貯蔵することである。これらの機能を 1つの材料で実行するよりも、機能ごとに異なる材料を選択し、それぞれの材料からなる層を重ねるほうが容易である。すなわち、変換層を、電荷またはイオンのやりとりを行うための電荷輸送材料または電解質材料から形成した第 1 変換層 2 aと、水素貯蔵の機能を持つ材料から形成した第 2変換層 2 bとに分離することにより、効率のよい水素移動を行うことがでさる。

ここでは、導電性高分子材料 P 1 (電子、正孔両電荷を輸送できる材料）と、屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂を混合して形成した電荷 ·イオン交換層を第 1変換層 2 aとして用いている。また、 A B 5型 M m水素貯蔵合金である N i合金の超微粒子（分散中心半径 1 0 n m ) を屈折率がガラスとほぼ同等のァクリル系樹脂と混合したプレンド樹脂を用いて第 2変換層 2 bとして機能させている。

以下、本発明による表示システムの具体的な実施形態を説明する。

(実施形態 1 )

図 1 4を参照しながら、本発明による表示システムの第 1の実施形態を説明する。

本実施形態における表示システム 1 0 0 Aは、図 1 4に示すように、液晶表示素子 2 0と、液晶表示素子 2 0の背面側（観察者とは反対側）に配置されたバックライト（照明装置） 3 0と、液晶表示素子 2 0とバックライト 3 0との間に配置された調光素子 1 0とを備えている。典型的には、液晶表示素子 2 0および調光素子 1 0を挟みこむように、一対の偏光板 4 0 a、 4 O bが設けられている。液晶表示素子 2 0は、一対の基板 2 1および 2 2と、これらの間に設けられた液晶層 2 3とを備えている。一対の基板 2 1および 2 2の液晶層 2 3側の表面には、液晶層 2 3に電圧を印加するための電極 2 4、 2 5と、液晶層 2 3の液晶分子を配向させる配向膜 2 6 、 2 7とが設けられており、背面側の基板 2 1は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ 2 8を画素ごとに備えたアクティブマトリクス基板である。

液晶表示素子 2 0は、一般的な透過型の液晶表示素子とほぼ同様の構成を有しており、ほぼ同様にして作製することができる。ただし、背面側に調光素子 1 0が配置されるので、光の透過性の確保および視差の低減の観点から、背面側の基板 2 1はできるだけ薄いことが好ましい。本実施形態では、背面側の基板 2 1としでガラス基板を用い、液晶表示素子 2 0をその外周をしつかりと封止した後にガラスエツチャント内に入れることによって、基板 2 1の厚さを 0 . 2 m mとする。

本実施形態における調光素子 1 0は、調光層 1および変換層 2を含む積層構造を備え、調光層 1の光反射率（光学的特性）が電気的刺激に応答して変化する。この調光素子 1 0は、調光層 1および変換層 2を挟みこむ一対の電極 3 a、 3 bと、積層構造を支持する基板 4とをさらに備えている。ここでは、調光素子 1 0を以下のようにして作製する。

まず、基板 4としてガラス基板を用意し、その表面にスパッ夕法により I TOからなる厚さ 1 5 0 nmの透明導電膜を形成する。なお、基板 4としてプラスチック基板を用いてもよい。続いて、この透明導電膜を液晶表示素子 2 0の画素ピッチとほぼ同じピッチでストライプ状にパターニングすることによって電極 3 bを形成する。次に、 AB 5型 Mm水素貯蔵合金である N i合金の超微粒子（分散中心半径 1 0 nm) 、導電性高分子材料 P I (電子、正孔両電荷を輸送できる材料）及びバインダ樹脂としてァクリル系樹脂で屈折率がガラスとほぼ同等のものをプレンドしたものを用いて電極 3 b 上に変換層 2を形成する。このプレンド樹脂は溶液化できるのでスピンコート法を用いて変換層 2を厚さ 5 0 0 nm程度となるように形成する。なお、水素貯蔵合金についてはあらかじめ水素を貯蔵させておいたものを用いる。

続いて、変換層 2上にイットリウム（Y) を蒸着することによつて、厚さ 5 0 nmの調光層 1を形成する。その後、調光層 1上にスパッ夕法により I TOからなる透明導電膜を形成し、この透明導電膜を液晶表示素子 2 0の画素ピッチとほぼ同じピッチで電極 3 と直交するようなストライプ状にパターニングすることによって電極 3 aを形成する。ストライプ状の電極 3 aと電極 3 bとの交点ごとに調光領域が規定され、各調光領域は、液晶表示素子 2 0の各画素に対応することになる。

このようにして作製された調光素子 1 0と液晶表示素子 2 0とを、調光領域と画素とが重なるように互いに重ね合わせ、これらを偏光板 4 0 a 、 4 O bで挟みこみ、さらに、調光素子 1 0の背面側にバックライト 3 0を配置することによって表示システム 1 0 0 Aが得られる。なお、バックライト 3 0としては、一般的な透過型の液晶表示装置に用いられる照明装置を用いることができる。

表示システム 1 0 0' Aは、調光素子 1 0の光透過状態と光反射状態とを電圧印加により切り替えることができ、液晶表示素子 2 0を反射型の液晶表示素子としても透過型の液晶表示素子としても機能させることができる。そのため、周囲光の強度に応じ最適な表示モ —ドを選択することができる。さらに、表示システム 1 0 0 Aでは、表示モ一ドの切り替えを調光素子 1 0のスイッチングにより行うので、液晶表示素子 2 0が有する複数の画素のそれぞれは、光を反射する領域と光を透過させる領域とに分割されている必要がなく、反射モ一ドの表示においても透過モードの表示においても 1つの画素の全体を表示に寄与させることができる。そのため、従来の透過反射両用型の液晶表示装置に比べると、反射モードおよび透過モードの両方で明るく、コントラスト比の高い表示を実現することができる。従って、表示システム 1 0 0 Aは、様々な状況下すなわちマルチシーンで好適に使用することができる。また、本実施形態では、電極 3 a、 3 bが所定の形状にパター二ングされており、調光素子 1 0は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の調光領域を有しているので、液晶表示素子 2 0に複数種類の情報が表示されているときには、これらの情報の種類に応じて各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替えることが可能である。そのため、表示システム 1 0 0 Aはマルチコンテンッの表示に適している。

なお、用いる表示素子によっては、反射モ一ドでの表示と透過モードでの表示とで異なる制御が必要な場合がある。そのため、表示素子は、調光素子 1 0を透過した光を変調することによって表示を行う表示領域と、調光素子 1 0によって反射された光を変調することによって表示を行う表示領域とに、互いに異なる種類の表示信号を供給し得ることが好ましい。

例えば、液晶表示素子 2 0の場合、反射モードでは光が液晶層 2 3を 2回通過するのに対して、透過モードでは光は液晶層 2 3を 1 回しか通過しない。そのため、反射モードで表示を行う画素と透過モ一ドで表示を行う画素とでは、同じ階調を出す場合であってもダイナミックレンジが異なり、画素に供給すべき電気信号の大きさも異なる。一般的には、反射モードの方が少ない制御幅で光の特性変化を大きくすることができると考えられる。

従って、液晶表示素子 2 0を制御するドライバに入力する信号を、反射モード用および透過モード用の 2種類用意しておき、調光素子 1 0の各調光領域のスィツチングに応じて、液晶表示素子 2 0の各画素に反射モード用の表示信号と透過モード用の表示信号とを選択的に供給することによって、液晶表示素子 2 0の各画素で表示モードに最適な表示を行うことができ、より視認性の高い表示を行なうことができる。

(実施形態 2 )

図 1 5を参照しながら、本発明による表示システムの第 2の実施形態を説明する。

本実施形態における表示システム 1 0 0 Bは、調光素子 1 0が液晶表示素子 2 0の内部に設置されている点において、図 1 4に示した表示システム 1 0 0 Aと異なっている。

表示システム 1 0 0 Bでは、図 1 5に示すように、調光素子 1 0 が液晶表示素子 2 0内に作り込まれている。より具体的には、背面側のアクティブマトリクス基板を製造する際に、調光素子 1 0を作製する工程を導入することによって、基板 2 1上に調光素子 1 0を設ける。

例えば、基板 2 1上に T F T 2 8を形成した後に、各画素に調光素子 1 0を作り込む。調光素子 1 0は、実施形態 1 と同様にして作製することができる。調光素子 1 0を作製した後に、 T F T 2 8や調光素子 1 0を覆うように平坦化膜（オーバーコート層） 2 9を形成し、続いて、この平坦化膜 2 9上に形成された画素電極 2 4と T F T 2 8とをスルーホール 2 9 aを介して電気的に接続することによってアクティブマトリクス基板が完成する。その後は、一般的な液晶表示素子の製造工程と同様に、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせ、液晶層 2 3となる液晶材料を注入することによって、調光素子 1 0が内部に設置された液晶表示素子 2 0が完成する。

本実施形態における表示システム 1 0 0 Bも、調光素子 1 0の光反射状態と光透過状態とを切り替えることによって反射モードと透過モードの両方の表示を行うことができるので、図 1 4に示した表示システム 1 0 O Aと同様に、マルチシーンでの使用およびマルチコンテンッの表示に好適に用いられる。

本実施形態によれば、さらに、調光素子 1 0が液晶表示素子 2 0 の内部に設置されているので、表示システム全体として薄型化、軽量化を図ることができる。また、調光素子 1 0が液晶表示素子 2 0 の内部に設置されていることにより、視差を低減することができるので、表示品位をより向上することができる。図 1 5に示す例では、調光素子 1 0と液晶表示素子 2 0との間に基板 2 1を介さないので、その分視差が低減される。

(実施形態 3 )

図 1 6、図 1 7および図 1 8を参照しながら、本発明による表示システムの第 3の実施形態を説明する。

本実施形態における表示システム 1 0 0 C、 1 0 0 D、 1 0 0 E は、いずれもカラーフィルタを備えており、カラ一表示を行うことができる。表示システム 1 0 0 C 、 1 0 0 D、 1 0 0 Eの調光素子 1 0や液晶表示素子 2 0としては、図 1 4、図 1 5に示した表示システム 1 0 0 A、 1 0 O Bと同様のものを用いることができる。図 1 6に示す表示システム 1 0 0 Cでは、液晶表示素子 2 0が力ラーフィル夕 5 0を含んでいる。具体的には、カラ一フィル夕 5 0 は、前面側の基板 2 2の液晶層 2 3側の表面に形成されている。

これに対して、図 1 7に示す表示システム 1 0 0 Dでは、調光素子 1 0がカラ一フィルタ 5 0を含んでおり、具体的には、カラ一フィルタ 5 0は、前面側の電極 3 a上に形成されている。

また、図 1 8に示す表示システム 1 0 0 Eでは、液晶表示素子 2 0および調光素子 1 0の両方がカラーフィル夕 5 0を含んでおり、カラーフィル夕 5 0は、液晶表示素子 2 0の前面側の基板 2 1上と、調光素子 1 0の前面側の電極 3 a上とに形成されている。

上述した表示システム 1 0 0 C、 1 0 0 Dおよび 1 0 0 Eは、それぞれ力ラーフィル夕の配置が異なっているが、いずれもカラ一表示を行うことができる。図 1 8に示した表示システム 1 0 0 Eは、調光素子 1 0と液晶表示素子 2 0の両方がカラーフィルタ 5 0を備えているので、カラ一フィル夕による着色効果が大きく、色純度の高い表示を行うことができる。

(実施形態 4 )

図 1 9を参照しながら、本発明による表示システムの第 4の実施形態を説明する。

本実施形態における表示システム 1 0 0 Fは、液晶表示素子 2 0 および調光素子 1 0の両方がカラーフィルタを含んでいる。ただし、図 1 8に示した表示システム 1 0 0 Eでは前面側の電極 3 a上に力ラ一フィルタ 5 0が形成されているのに対して、本実施形態では、調光素子 1 0の変換層 2 ' がカラ一フィルタとしても機能し、このカラーフィルタとして機能する変換層 2 ' は、調光層 1に対して観察者とは反対側に配置されている。

カラ一フィル夕としても機能する変換層 2 ' は、例えば、実施形態 1で述べた透明な変換層の中に、 R G Bそれぞれの着色顔料を混入することによって形成することができる。 R G Bそれぞれの着色顔料が混入された変換層材料は溶液化できるので、ィンクジエツト法を用い、画素パターンに応じて変換層 2 ' を形成することができる。勿論、インクジェット法に限定されず、スクリーン印刷法や口ール印刷法を用いて形成してもよい。

本実施形態によれば、液晶表示素子 2 0にカラーフィルタ 5 0が設けられている一方で、調光層 1の背面側の変換層 2 ' もカラ一フィルタとして機能する。そのため、図 1 9に示すように、光は、透過モ一ドで表示を行う際にカラーフィルタを 2回（カラ一フィル夕 5 0と変換層 2 ' とを一回ずつ）通過し、反射モードで表示を行う際にもカラーフィルタを 2回（カラ一フィルタ 5 0を 2回）通過する。つまり、反射モードと透過モードとで光がカラ一フィル夕を通過する回数が同じである。そのため、反射モードの表示と透過モードの表示とで色味を近くすることができ、表示品位をより向上することができる。

これに対して、図 1 6、図 1 7、図 1 8に示した表示システム 1 0 0 C、 1 0 0 D、 1 0 0 Eでは、反射モ一ドと透過モードとで光がカラーフィルタを通過する回数が異なっており、光がカラーフィル夕を通過する回数は、反射モードでは透過モードの 2倍となる。そのため、カラーフィル夕の色を透過モードで色味が最適になるように設定すると、反射モードでは表示が暗くなつてしまう。また、逆に、カラ一フィルタの色を反射モ一ドで色味が最適になるように設定すると、透過モードでは色が薄くなつてしまう。

表示システム 1 0 0 Fでは、反射モードの表示時には光は液晶表示素子 2 0のカラ一フィル夕 5 0のみを 2回通過する。そのため、カラーフィル夕 5 0の色を調節することで反射モードでの色味を最適化できる。また、透過モードの表示時には光は液晶表示素子 2 0 のカラーフィル夕 5 0と調光素子 1 0のカラ一フィル夕（変換層 2 ' ) とを 1回ずつ通過する。そのため、カラ一フィルタ 5 0を反射モードで色味が最適になるように設定した上で、変換層 2 ' の色を調節することで、透過モードでの色味も最適化できる。

(他の調光素子）

上記の説明では、調光材料を含む薄膜を調光層として備えた調光素子を例示したが、調光材料が粒子化されたタイプの調光素子を用いることもできる。

図 2 0を参照しながら、このタイプの調光素子の基本的な構成を説明する。この調光素子は、図 2 0に示すように、調光層 M lおよび変換層 M 2を含む積層構造を備え、調光層 M 1の光反射率が外部刺激に応答して変化する。

調光層 M 1は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料の粒子 m l (以下、「調光粒子」ということがある）を含んでいる。調光材料の好ましい例は、前述した Y、 L a 、 M g ₂ N i 合金であり、 Y、 L a 、 M g ₂ N i合金などの材料は、水素濃度に応じて金属一半導体（または絶縁体）状態間の遷移を行う。調光層 M lは、例えばバインダ樹脂を含んでおり、上記調光粒子 m lはバインダ樹脂に分散している。また、調光層 M lは、変換層 M 2から水素イオンもしくは水素を運ぶための電解質性の材料（導電性高分子など）を含んでいる。

変換層 M 2は、水素などの特定元素を含有し得る変換材料を含んでいる。変換材料は、電荷（電子や正孔）の注入放出または光照射などの外部刺激に応じて、上記の特定元素（例えば水素）を放出または吸収する。

この調光素子も、図 5に示した調光素子と同じメカニズムにより、反射状態と透明状態とをスィツチングすることができる。ただし、調光層 M 1は調光粒子 m 1を含んでいるので、個々の調光粒子 m 1 は金属状態にあるときに光をミラ一反射するものの、反射方向はランダムであり、調光層 M 1全体としては光を拡散反射する。これにより、白色の反射光が得られる。

調光材料を粒子化することにより以下のメリッ卜が得られる。調光材料からなる薄膜を調光層として用いる場合と比べて、調光材料の表面積を大きくすることができる。従って、調光材料と水素との反応効率が向上し、より高速なスイッチングが可能になる。また、調光層に含まれる調光材料の状態をより確実に制御することができるので、調光層の拡散反射状態と透明状態との反射率の差を拡大できる。そのため、この調光素子を表示システムに用いると、より明確な表示が得られる。さらに、この調光素子では、調光層に入射する光が拡散反射されるので、表示システムへの適用に特に有利である。

調光粒子 m 1が光を反射するためには、各調光粒 m 1子は可視光波長よりも大きな粒径を持つことが望ましい。従って、調光粒子 m 1の粒径は、好ましくは 3 5 0 n m以上である。より好ましくは 8 O O n m以上である。 8 0 0 n m以上であれば、可視光が調光粒子 m 1を透過することをより確実に防止できるので、調光層 M lの光の反射率を高めることができる。一方、調光粒子 m lの粒径は、調光層 M 1の厚さよりも小さいことが好ましい。粒径が調光層 M 1の厚さよりも大きいと、上述したような調光材料を粒子化するメリッ卜が得られない。より好ましくは、調光粒子 m 1の粒径は 3 0 / m 以下である。さらに好ましくは、粒径は 3 以下である。調光材料の粒径を例えば 1 mとすると、調光層 M 1の厚さは 3 U. m程度とすることが好ましい。

図 2 0の構造を有する調光素子は、図 6 ( a ) 〜（ c ) に示すように、電荷の注入放出により水素イオンが調光層 M 1と変換層 M 2との間を移動するメカニズムを利用しているが、これとは異なるメカニズムを採用してもよい。例えば電気化学的な反応により、水素イオンが変換層 M 2と調光層 M 1との間を移動するメカニズムを利用することもできる。この場合は、調光層 M 1に含まれるバインダ樹脂を固体電解質として用いてもよいし、調光層 M 1 と変換層 M 2との間に固体電解質の層をさらに設けてもよい。この場合は変換層 M 2内に含まれる変換材料は必ずしも水素を貯蔵、放出する材料である必要はなく、調光材料に起こる水素イオン反応に対応するようなカウンタ一^ rオンの反応が起こるものでもよい。

あるいは、変換層 M 2を備えていなくてもよい。この場合は、雰囲気の水素圧力に応じて水素イオンが調光層 M 1と雰囲気との間で移動するメカニズムを利用してもよい。または、調光層 M lがさらに変換材料を含んでおり、調光層 M l内部で、水素イオンを調光粒子 m 1と変換材料との間で移動させてもよい。

何れのメカニズムを利用する場合でも、調光層 M 1の光学的特性は、水素イオンの濃度に応じて図 2 0に示すように変化する。

なお、上記のうちでは、電荷の注入ノ放出により水素イオンを移動させるメカニズムを利用することが好ましい。電荷（電子や正孔）の移動によって水素の平衡状態を変化させることにより水素を. 駆動する場合は、水素イオン以外の他のイオンを反応に関与させる必要がない。このため、複数種のイオンが関与する電気化学的な反応によるメカニズムを利用する場合と比べて応答速度が高いという利点がある。また、電気化学的な反応が生じないため、正極側で水素ガスが発生する可能性も低く、電子素子としての安定した動作が可能になる。

以下、調光粒子 m 1を含む調光素子のより具体的な構成を説明する。

図 2 1に示す調光素子 1 0 Eは、調光層 1および変換層 2を含む積層構造を備えている。この積層構造は図 2 0に示す構造と実質的に同じである。調光層 1の光反射率（光学的特性）は電気的刺激に応答して変化する。この調光素子 1 0 Eは、調光層 1および変換層 2を挟みこむ一対の電極 3 a 、 3 bと、積層構造を支持する基板 4 とを備えている。一対の電極 3 a 、 3 bには、外部から適切な電圧が印加され得るが、適宜、電極 3 aと電極 3 bとを単純に短絡させることも可能である。

調光層 1 0 Eでは、水素濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料を用いて形成された微粒子（例えばイットリウム、ランタン、以下「調光微粒子」という）がバインダ樹脂に分散している。

変換層 2は、水素を含有し得る変換材料を含んでいる。この変換材料は電極 3 aとの間で電子の授受を行うことにより、水素イオン ( H + ) の放出吸収を行うことができる。

図示する例では、電極 3 aに正の電位を与え、電極 3 bに負の電位を与えると、あらかじめ充分な量の水素を含有している変換層 2 の変換材料から水素イオンが放出される。放出された水素イオンは、積層構造中に形成された電界中を移動し、調光層 1に達した後、調光微粒子にドープされる。このような水素の放出および移動のメカニズムは、前述したとおりである。調光微粒子の調光材料は、水素と結合することにより水素金属化合物を形成する。この結果、当初は金属状態にあった調光微粒子は、可視光を透過する半導体または絶縁体に変化する。

調光層 1に含まれる調光微粒子の平均粒径は例えば 1 mである。調光微粒子は典型的にはバインダ樹脂に分散している。バインダ樹脂として、例えばガラスとほぼ同等の屈折率を有するァクリル系樹脂を用いる。また、調光層 1は、さらに、調光微粒子と変換層 2との間で水素イオンおよび電荷のやりとりを行うための電気伝導性材料を含んでいる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子（例えば P 2 ) や電荷移動錯体を用いることができる。

調光層 1は、バインダ樹脂の溶液に上記の調光微粒子を分散させ、さらに電気伝導性材料を溶解させた塗布溶液を用意した後、例えばスピンコート法によって塗布溶液を電極 3 b上に塗布することによつて形成できる。調光層 1の厚さは例えば 3 程度である。調光層 1の形成を、インクジエツト法やその他の薄膜堆積技術を用いて行っても良い。調光層 1の光入射側の面は、平坦であってもよいし、凹凸を有していてもよい。凹凸を有する調光層 1は、例えば、凹凸を有する基板 4または電極 3 bを用いて、凹凸を有する下地の上に上記塗布溶液を塗布することによって形成できる。

好ましい調光層 1の厚さは、 1 . 5 m以上 5 0 以下である。 1 . 5 m未満であれば、高い反射率を有する調光層 1が得られなかったり、調光層 1に用いる調光微粒子の粒径が制限されたりする。一方、 5 0 ^mを超えると、調光層 1の導電性が低くなる可能性がある。

変換層 2に含まれる変換材料は、定常状態で水素の原子またはィオンを貯蔵し保持することができ、外部刺激に応じて、水素貯蔵量 (保持量）を変化させる。このような水素を貯蔵できる材料としては、 L a N i ₅、 MnN i ₅、 C a N i ₅、 T i Mn い Z r M n ! ₅、 Z r Mn ₂、 T i N i、 T i F e、 M g ₂ N iなどの合金を用いることができる。また、力一ボンナノチューブ（CNT) を用いることもできる。

変換層 2は、水素貯蔵材料のほかに電気伝導性材料を含んでいてもよい。電気伝導性材料が変換層 2に含まれていると、調光層 1との間で水素イオンのやりとりを迅速に行うことができる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子や電荷移動錯体を用いることができる。また、変換層 2には、上記の水素貯蔵材料や電気伝導性材料以外とは別に必要に応じてバインダ樹脂などの結合材料を加えても良い。なお、一方の電極から注入された電荷がそのまま他方の電極に移動してしまうことを確実に抑制するため、調光層と変換層との間にセパレー夕層を挿入してもよい。セパレ一夕層の材料としては、イオンの移動が可能でありながら電荷の移動は生じにくい材料を選択することが望ましい。例えば、イオン交換体、多孔質絶縁物、イオン導電性高分子材料などを用いることができる。このような材料からなるセパレート層を配置すれば、電極から注入された電荷が反対の電極に突き抜けることが確実に防止されるため、調光層と変換層との間における電荷の移動効率を高めることができる。

変換層 2が複数の材料の混合物から形成される場合、これらの材料を溶媒に溶解させた溶液を用意し、スピンコート法ゃ印刷法によつて塗布すれば、変換層 2を用意に形成することができる。このような変換層 2の形成は、インクジエツト法やその他の薄膜堆積技術を用いて行っても良い。

以上説明したように、調光素子 1 0 Eでは、電極 3 a、 3 bに電圧を印加す.ることにより、変換層 2の内部で電荷およびイオンの授受が行われる結果、前述したメカニズムにより、変換層 2と調光微粒子との間で水素の移動を引き起こすことができる。このため、例えば、初期状態で水素がドープされていない調光層 1 と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層 2とを用い、図 2 0に示すような電圧を印加すると、水素イオンが正極側から負極側に移動して、調光微粒子にドープされる。すなわち、正極側では水素放出反応が進行し、負極側では水素と金属との結合反応が進行して、水素金属化合物が形成される。これに対して、逆方向の電圧を印加すると、逆方向に水素の移動が生じるため、印加電圧の極性を交替することにより、調光層 1の光学的状態を金属光沢一透明の間で可逆的に切り替えることができる。

変換層 2と調光層 1 とが水素を保持する能力を持っため、電圧の印加を行わないとき（外部の回路を開放しているとき）、水素の移動が生じず、調光層 1の光学的状態が保持される（調光層のメモリ機能）。このため、水素保持能力に優れた材料を選択すれば、電力を消費することなく調光状態を長期間保持することができる。

調光素子 1 0 Eでは、水素のドーピング量によって調光微粒子の光反射率光透過率を制御することができるため、電極に印加する電圧や印加時間（デューティ比など）を調節することにより、調光層 1の光反射率 Z光透過率を制御することができる。水素保持能力に基づくメモリ性を利用すれば、適切な光反射率 Z光透過率を保持することも容易である。

このような水素の貯蔵ノ放出を適切に制御する際には、図 7に示した調光素子 1 0について図 8を参照しながら説明したように、水素平衡圧 -組成等温線（P T C特性曲線）に注目する必要がある。調光素子 1 0 Eについても、 P T C特性曲線のブラトー領域でスイッチング動作を行うことが好ましい。また、変換層 2および調光層 1は略同様の P T c特性を示すことが望ましい。より具体的には、図 8に示すように、変換層 2および調光層 1の P T C特性曲線におけるプラトー領域の「水素貯蔵量」の範囲が重なり合い、かつ、「水素平衡圧力」のレベルがほぼ等しいことが望ましい。また、変換層 2における P T C特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲 (幅）は、調光層 1における P T C特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）を含む大きさを有していることが更に好ましい。再び、図 2 1を参照する。図 2 1に示す調光素子 1 0 Eは、金属拡散反射状態と透明状態との間でスィツチングを行うので、素子全体として透明度が高いことが好ましい。透明度の高い状態を形成するには、基板 4および電極 3 a 、 3 bだけではなく、変換層 2を可視光域の全範囲で透過率の高い（吸収の無い）材料から形成する必要がある。しかし、水素貯蔵材料などの変換材料は、金属または着色した材料である場合が多く、このような変換材料の層から透明性の高い変換層 2を形成することは難しい。このため、変換材料の微粒子を透明な材料と混合することによって変換層 2を形成することが好ましい。具体的には、光の波長以下の粒径を持つナノ粒子を変換材料から形成し、このナノ粒子を透明性に優れたバインダ樹脂で結合することができる。このようにして作製される変換層 2は、透明性および水素貯蔵能力の両方を発揮することができるだけではなく、変換材料がナノ粒子化することにより、その表面積が増加するため、水素の吸放出効率も上昇することも期待される。変換材料による水素の吸放出効率が上昇すると、調光動作の応答速度が向上するので好ましい。超微粒子状態の変換材料としては、カーボン系材料（C N T、フラーレンなど）やカリウム一黒鉛層間化合物などを用いることもできる。

調光層 1と変換層 2との間における電荷やイオンのやりとりを行うため、調光層 1と変換層 2との間に導電性高分子 P 1の膜を配置することが好ましい。電荷移動性をもつ高分子膜に加えて、電解質膜を配置してもよい。このような膜を配置すると、水素イオンの移動が電解質を介して起こりやすいので、特性を向上させることも可能である。

以下、図 2 2および図 2 3を参照しながら、調光粒子を含むタイプの他の調光素子 1 0 F、 1 0 G、 1 O Hを説明する。

図 2 2 ( a ) に示す調光素子 1 O Fは、変換層を第 1変換層 2 a と第 2変換層 2 との複数層に分離した構成を有している。ここまで説明した調光素子では、水素などの特定元素を調光層 1にドープすることによって調光層 1の状態を変化させるため、 2つの変換層 2 a、 2 bで調光層 1を挟み込む構成を採用すれば、効率的なドービングが可能となり、調光に必要な状態変化の速度が向上する。調光層 1は、電極として機能し得るため、図 2 2 ( a ) の例では、調光層 1を電極として用いている。

図 2 2 ( a ) の調光素子では、水素の吸放出を行う部分が第 1変換層 2 a、調光層 1、および第 2変換層 2 bの 3層構造を有しているが、更に多層化することも可能である。調光層 1が単層であれば、調光の程度が不充分な場合でも、調光層 1の層数を増加させることにより、調光の程度を充分に大きくすることが可能になる。

調光層 1の導電性が低いために電極として用いることができない場合には、図 2 2 ( b ) に示す調光素子 1 0 Gのように、調光層を第 1調光層 1 aと第 2調光層 1 bとの 2層に分離し、これらの調光層の間に電極 3 cを挿入してもよい。図 2 2 ( b ) の調光素子 1 0 Gにおいても、調光層 1をさらに多層化することができる。

図 2 2 ( a ) および（b ) の何れの調光素子も、各層を順次積層することで容易に作製できる。なお、調光層、変換層、電極および基板は、積層数が異なる以外は図 2 1に示した調光素子 1 0 Eと同様の構成を有し得る。

図 2 3に示す調光素子 1 0 Hでは、変換層 2の機能分離を行うため、変換層 2に多層構造を付与している。前述のように、変換層 2 の機能は水素を貯蔵し、また、電荷の注入/放出に応じて水素を放出 Z再貯蔵することである。これらの機能を 1つの材料で実行するよりも、機能ごとに異なる材料を選択し、それぞれの材料からなる層を重ねるほうが容易である。すなわち、変換層を、電荷またはィオンのやりとりを行うための電荷輸送材料または電解質材料から形成した第 1変換層 2 aと、水素貯蔵の機能を持つ材料から形成した第 1変換層 2 aとに分離することにより、効率のよい水素移動を行うことができる。

ここでは、導電性高分子材料 P 1 (電子、正孔両電荷を輸送できる材料）と、屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂を混合して形成した電荷 ·イオン交換層を第 1変換層 2 aとして用いている。また、 A B 5型 M m水素貯蔵合金である N i合金の超微粒子（分散中心半径 1 0 n m ) を屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂と混合したプレンド樹脂を用いて第 2変換層 2 bとして機能させている。なお、このような変換層の機能分離は、図 2 1や図 2 2に示した何れの調光素子にも適用することができる。

なお、本発明による表示システムに用いられる調光素子としては、ここで挙げたものに限定されず、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈することができるものであれば用いることができる。例えば、コレステリック液晶材料からなる液晶層を備えた液晶素子や、高分子分散型の液晶層を備えた液晶素子を調光素子として用いてもよい。このような液晶素子を調光素子として用いた場合であっても、調光素子が、複数の調光領域を有し、且つ、表示素子に表示されている情報の種類に応じて各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得る構成を有していることによって、コンテンツの種類に応じて最適な視認性のモ一ドで表示を行うことができる。そのため、表示システムをマルチコンテンッの表示に好適に用いることができる。

ただし、図示して説明したような金属反射状態と透過状態とをスィツチングできる調光素子は、金属反射状態を利用するので光の利用効率（反射率）を高くすることができ、また、メモリ性を有しているので消費電力を低減することができる。そのため、このような調光素子を用いることによって、マルチシーンでの使用に特に適した表示システムが得られるこれに対して、コレステリック液晶を用いた液晶素子は、原理的に入射光の半分（P波と S波のいずれか一方）しか反射できないし、透過状態においても反射光が存在するので光の利用効率が低い。また、高分子分散型液晶を用いた液晶素子は、メモリ性を有しないので、液晶層に常に電圧を印加しておく必要があり、消費電力の点で不利であるし、高分子のマトリクス中に分散された球状の液晶材料は、マトリクス材料との屈折率差による全反射条件で光を反射するので、全方向の光を反射することはできない。金属反射状態を利用する調光素子は、基本的に全方向からの光を反射することができるので、光の利用効率が高い。

なお、光をミラー反射できる調光素子（例えば図 7などに示されている）を表示素子の前面に配置すると、ディスプレイと鏡とを兼用したインテリアとして表示システムを用いることが出来る。産業上の利用可能性

本発明によると、透過モードの表示および反射モ一ドの表示の両方で良好な表示特性を有し、マルチシーンでの使用およびノまたはマルコンテンッの表示に好適な表示システムが提供される。

Claims

請求の範囲

1 . 光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、前記調光素子を透過した光および Zまたは前記調光素子によって反射された光を変調することによって情報を表示する表示素子とを備えた表示システムであって、

前記調光素子は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域を有し、前記表示素子に複数種類の情報が表示されているとき、前記表示されている情報の種類に応じて前記複数の領域のそれぞれの光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得る、表示システム。

2 . 前記表示素子は、前記調光素子を透過した光を変調することによって表示を行う第 1の表示領域と、前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う第 2の表示領域とに互いに異なる種類の表示信号を供給する、請求項 1に記載の表示シスアム。

3 . 前記表示素子は、複数の画素を有し、

前記調光素子が有する前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の画素のそれぞれに一対一で対応している、請求項 1または 2に記載の表示システム。

4 . 前記調光素子は、第 1層および第 2層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第 1層の光反射率が変化する調光素子であつて、

前記第 1層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、

前記第 2層は、前記特定元素を含有し得る第 2材料を含み、前記第 2材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、請求項 1から 3のいずれかに記載の表示システム。

5 . 前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、

前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第

1材料を含んでおり、前記第 1材料は粒子である、請求項 1から 3 のいずれかに記載の表示システム。

6 . 光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、入射光を変調することによって表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、

前記調光素子は、第 1層および第 2層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第 1層の光反射率が変化する調光素子であり、前記第 1層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、

前記第 2層は、前記特定元素を含有し得る第 2材料を含み、前記第 2材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、表示システム。

7 . 前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および /または前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う、請求項 6に記載の表示システム。

8 . 前記元素は水素であり、前記第 1材料は、水素濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る、請求項 4 、 6および 7のいずれかに記載の表示システム。

9 . 前記第 2層は、水素貯蔵材料を含んでいる請求項 8に記載の表 ττ:システム。

1 0 . 前記第 1層および前記第 2層の各々の水素平衡圧一組成等温線（P T C特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する請求項 9に記載の表示システム。

1 1 . 前記 P T C特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記第 1層および前記第 2層の水素平衡圧力がほぼ同等である請求項 1 0に記載の表示システム。

1 2 . 前記第 2層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記第 1層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる請求項 1 1に記載の表示システム。

1 3 . 前記第 2材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項 4および 6から 1 2のいずれかに記載の表ンス Γム。

1 4. 前記第 2材料は、光の照射により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項 4および 6から 1 3のいずれかに記載の表示システム。

1 5. 前記第 2層は、光触媒性を有する材料を含んでいる請求項 1 4に記載の表示システム。

1 6. 前記特定元素のィォンを前記第 2材料から前記第 1材料へ、または前記第 1材料から前記第 2材料へ移動させるための電界を形成する 1対の導電層を備えている請求項 4および 6から 1 5のいずれかに記載の表示システム。

1 7. 前記第 1および第 2層は、前記一対の導電層の間に位置している請求項 1 6に記載の表示システム。

1 8. 前記第 1層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項 1 6または 1 7に記載の表示システム。

1 9. 前記第 2層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項 1 6または 1 7に記載の表示システム。

2 0. 前記第 2層は、光透過性を有している請求項 4および 6から 1 9のいずれかに記載の表示システム。

2 1. 前記第 1層および第 2層の少なくとも一方が多層構造を有している請求項 4および 6から 2 0のいずれかに記載の表示システム。

2 2 . 光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、

入射光を変調することによって表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、

前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であり、

前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第 1材料を含んでおり、前記第 1材料は粒子である、表示システム。

2 3 . 前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および Zまたは前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う、請求項 2 2に記載の表示システム。

2 4 . 前記第 1材料は、前記特定元素の濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る、請求項 5または 2 2に記載の表示システム。

2 5 . 前記第 1材料が前記光反射状態のとき、前記調光層は光を拡散反射する、請求項 2 4に記載の表示システム。

2 6 . 前記粒子の直径は 3 5 0 n m以上であり、かつ前記調光層の厚さ以下である、請求項 5および 2 2から 2 5のいずれかに記載の表示システム。

2 7 . 前記特定元素は水素である、請求項 5および 2 2から 2 6 のいずれかに記載の表示システム。

2 8 . 前記特定元素を含有し得る第 2材料を含む変換層をさらに備え、前記第 2材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、請求項 5および 2 2から 2 7のいずれかに記載の表示システム。

2 9 . 前記特定元素は水素であり、前記変換層は水素貯蔵材料を含んでいる、請求項 2 8に記載の表示システム。

3 0 . 前記調光層および前記変換層の各々の水素平衡圧一組成等温線（P T C特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する請求項 2 9に記載の表示システム。

3 1 . 前記 P T C特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記調光層および前記変換層の水素平衡圧力がほぼ同等である請求項 3 0に記載の表示システム。

3 2 . 前記変換層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記調光層における P T C特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる請求項 3 1に記載の表示システム。

3 3 . 前記第 2材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項 5および 2 2から 3 2のいずれかに記載の表示システム。

3 4 . 前記第 2材料は、電気化学的反応により、前記特定元素の放出また吸収を行う請求項 5および 2 2から 3 2のいずれかに記載の表示システム。

3 5 . 前記特定元素のイオンを前記第 2材料から前記第 1材料へ、または前記第 1材料から前記第 2材料へ移動させるための電界を形成する 1対の導電層を備えている請求項 5および 2 2から 3 4のいずれかに記載の表示システム。

3 6 . 前記調光層および前記変換層は、前記一対の導電層の間に位置している請求項 3 5に記載の表示システム。

3 7 . 前記調光層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項 3 5または 3 6に記載の表示システム。

3 8 . 前記変換層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項 3 5または 3 6に記載の表示システム。

3 9 . 前記変換層は、光透過性を有している請求項 5および 2 2 から 3 8のいずれかに記載の表示システム。

4 0 . 前記調光層および変換層の少なくとも一方が多層構造を有している請求項 5および 2 2から 3 9のいずれかに記載の表示システム。

4 1 . 前記表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子である、請求項 1から 4 0のいずれかに記載の表示システム。

4 2 . 前記表示素子に対して観察者とは反対側に配置された照明装置をさらに備えている、請求項 1から 4 1のいずれかに記載の表示システム。

4 3 . 前記調光素子は、前記表示素子と前記照明装置との間に配置されている、請求項 4 2に記載の表示システム。

4 4 . 前記調光素子は、前記表示素子の内部に設置されている請求項 1から 4 2のいずれかに記載の表示システム。

4 5 . 前記表示素子は、第 1のカラ一フィルタを含んでいる、請求項 1から 4 4のいずれかに記載の表示システム。

4 6 . 前記調光素子は、第 2のカラーフィル夕を含んでいる、請求項 1から 4 5のいずれかに記載の表示システム。

4 7 . 前記表示素子は、第 1のカラーフィルタを含み、前記調光素子は、第 2のカラーフィルタを含み、前記第 2のカラーフィル夕は、前記第 1層に対して観察者とは反対側に配置されている、請求項 4および 6から 2 1のいずれかに記載の表示システム。

4 8 . 前記表示素子は、第 1のカラーフィル夕を含み、前記調光素子は、第 2のカラーフィル夕を含み、前記第 2のカラ一フィル夕は、前記調光層に対して観察者とは反対側に配置されている、請求項 5および 2 2から 3 9のいずれかに記載の表示システム。