(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の透明基板と、
前記一対の透明基板間に配置された互いに相溶しない極性溶媒および非極性溶媒と、
前記一対の透明基板の一方の基板の対向面側に形成された第１の透明電極と、
前記一対の透明基板の他方の基板の対向面側に形成された第２および第３の透明電極と、
前記第２および第３の透明電極を覆う平滑層と、を含み、
前記極性溶媒または前記非極性溶媒には、着色体および蛍光体が溶解されている光学装置。
【請求項２】
前記蛍光体は、Ｅｕ（ＩＩＩ）錯体である請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記平滑層は、絶縁性および疎水性を有する材料で形成される請求項１または２記載の光学装置。
【請求項４】
さらに、前記一対の透明基板の一方の基板において、前記一対の透明基板の他方の基板に形成された前記第２の透明電極に対向する領域に、遮光層が形成されている請求項１〜３いずれか１項記載の光学装置。
【請求項５】
さらに、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間、および前記第１の透明電極と前記第３の透明電極との間、にそれぞれ電圧を印加する電源を備える請求項１〜４いずれか１項記載の光学装置。
【請求項６】
さらに、前記一対の透明基板の他方の基板の外側に光源を備える請求項１〜５いずれか１項記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極性溶媒および非極性溶媒を用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ペーパなどには、一般的に、低消費電力である反射型表示装置、例えば流動性微粒子ディスプレイやエレクトロクロミックディスプレイなどが用いられる。
【０００３】
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（例えば特許文献１）。
【０００４】
図５Ａおよび５Ｂ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。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５Ａ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。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５Ｂ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。
【０００５】
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５Ａおよび５Ｂ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、光吸収層１０６による光吸収で黒表示が実現される。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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−０９８５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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（表面照射型）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（裏面照射型）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およ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。
【００１１】
本発明の目的は、表面照射型表示装置と裏面照射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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１観点によれば、対向配置された一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に配置された互いに相溶しない極性溶媒および非極性溶媒と、前記一対の透明基板の一方の基板の対向面側に形成された第１の透明電極と、前記一対の透明基板の他方の基板の対向面側に形成された第２および第３の透明電極と、前記第２および第３の透明電極を覆う平滑層と、を含み、前記極性溶媒または前記非極性溶媒には、着色体および蛍光体が溶解されている光学装置、が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
表面照射型表示装置と裏面照射型表示装置とを兼ねる表示装置に適用可能な光学装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施例による光学装置の概略断面図である。
【図２Ａ】および
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、極性溶媒を所定の時間で散布した本実施例の光学装置の顕微鏡写真である。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本実施例の光学装置において、極性溶媒が移動する様子を示す顕微鏡写真である。
【図４Ａ】および
【図４Ｂ】および
【図４Ｃ】および
【図４Ｄ】図４Ａおよび４Ｂは、例えば表面照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４Ｃおよび４Ｄは、例えば裏面照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る。
【図５】図５Ａおよび５Ｂは、ＭＦＰＤの例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照して、本発明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、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。
【００１６】
まず、表面に透明電極２および遮光層３が形成された上側基板１、および、表面に透明電極４ａ，４ｂがパターン形成された下側基板５を用意する。上下基板１，５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２，４ａ，４ｂ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。遮光層３は、例えばブラックカラーフィルタからなり、厚さは例えば８００ｎｍである。なお、実施例では、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やフィルム基板等を用いてもよい。また、遮光層は、遮光する材料であればよく、上側透明基板の内側（対向している透明基板の対向面側）でなく外側に形成してもかまわない。
【００１７】
次に、下側基板５上の透明電極４ａ，４ｂを覆って、平滑層６を形成する。平滑層６は、絶縁性さらに疎水性を有する材料を用いることが好ましい。本実施例で、平滑層６はテフロン系材料を用い、これをスピンコート（１５００ｒｐｍ、１５秒）により塗布した。その後、１５０℃で３０分の熱処理を施す。
【００１８】
次に、下側基板５上の平滑層６の表面に、非極性溶媒７を塗布する。本実施例で、非極性溶媒７は、高融点有機溶媒（シクロヘキサノン）に着色体として油溶性染料（赤色）、および蛍光体としてユウロピウム３価（Ｅｕ（ＩＩＩ））錯体（赤色）を溶解したものを用い、これをスピンコートにより塗布した。高融点有機溶媒における着色体の溶解量は約４ｗｔ％であり、蛍光体の溶解量は約１ｗｔ％である。さらに、下側基板５上に塗布された非極性溶媒７上に、非極性溶媒７とは相溶しない極性溶媒８を散布する。本実施例で、極性溶媒８は純水を用い、これをスプレーコート（散布時間：２〜１５秒間、１ｍｍ２あたり散布量：８〜６８ｐｌ）により散布した。なお、非極性溶媒に溶解されている着色体および蛍光体は、極性溶媒に混入することはない。また、非極性溶媒の塗布および極性溶媒の散布は、上記に示したスピンコートおよびスプレーコートには限られず、例えば、スリットコート、バーコート、またはスリットスピンコートや、インジェット、ディスペンサ、またはマイクロピペットを用いた液体滴下などの各種コーティング方法を用いることができる。なお、ここで用いたＥｕ（ＩＩＩ）錯体は、錯体のタイプを変更することにより、極性溶媒にも溶解させることが可能である。
【００１９】
次に、上側基板１上に、リブ材９を形成する。実施例では、リブ材９の材料としてポジ型感光性レジストを用いた。感光性レジストをスピンコートにより塗布・仮焼成を行い、所定形状の開口を有するマスクにより露光・現像処理および本焼成を行い、リブ材９を形成する。リブ材９により画定される１画素のサイズは一辺約４００μｍとした。
【００２０】
次に、上側基板１の透明電極２が形成された面と、下側基板５の透明電極４ａ，４ｂが形成された面とを対向させ、例えば、平面視上で透明電極４ａが遮光層３に覆われるように位置合わせをし、リブ材９を介して上側基板１と下側基板５とを重ね合わせる。このとき、平面視上、透明電極４ａに対応する領域を領域１０a、透明電極４ｂに対応する領域を領域１０ｂ、透明電極４ａ，４ｂが配置されていない領域を領域１０ｃとする。また、遮光層３に覆われる領域を遮光領域１１ａ、遮光層に覆われない領域を開口領域１１ｂとする。重なりあった上下基板１，５の周縁部をエンドシール材にて封止する。以上のようにして、表示装置を作製する。
【００２１】
図２Ａおよび２Ｂは、極性溶媒を単位時間当たり散布量一定で２〜１５秒間散布した表示装置のそれぞれの平面観察写真である。なお、このとき、極性溶媒の１ｍｍ２あたり散布量はおよそ８〜６８ｐｌである。また、ここでは、便宜的に遮光層を形成していない表示装置の平面観察写真を示す。図中縦および横方向に延在する格子状ラインは画素を画定するリブ材である。基板平面内には一様に非極性溶媒が塗布されており、図中不規則に配置する斑点状の液滴はスプレーコートにより散布された極性溶媒である。これらの観察写真から、極性溶媒の液滴が散布時間とともに徐々に大きくなっていることがわかる。また、極性溶媒の液滴のサイズ・分布の状態から、本実施例の条件において、極性溶媒は５〜１１秒間程度の散布が適当であることがわかった。なお、このときの極性溶媒の１ｍｍ２あたり散布量はおよそ２０〜５０ｐｌ程度に対応する。
【００２２】
実施例の表示装置における極性溶媒の移動制御について、図１および図３Ａ，３Ｂを参照して説明する。
【００２３】
図３Ａおよび３Ｂは、極性溶媒を単位時間当たり散布量一定で７秒間散布した表示装置の所定の画素の平面観察写真を示す。なお、このときの極性溶媒の１ｍｍ２あたり散布量はおよそ３０〜３５ｐｌ程度に対応する。図中の一点鎖線Ｉ−Ｉにおける断面は、図１に示す概略断面図に対応している。図３Ａおよび３Ｂは、透明電極２と透明電極４ａとの間、および透明電極２と透明電極４ｂとの間、にそれぞれ電圧を印加して、極性溶媒を移動させる様子を示す平面観察写真である。なお、ここでも、便宜的に遮光層３を形成していない表示装置の平面観察写真を示す。電圧無印加時、平滑層６上方には非極性溶媒７および極性溶媒８が、図１に示すように、表示装置厚み方向に対して層状に配置されている。透明電極２と透明電極４ａとの間に電圧（直流２４Ｖ程度）を印加したとき、図３Ａに示すように、極性溶媒８が透明電極４ａ上方に、つまり領域１０ａに引き寄せられるように移動する。一方、透明電極２と透明電極４ｂとの間に電圧（直流２４Ｖ程度）を印加したとき、図３Ｂに示すように、極性溶媒８が透明電極４ｂ上方に、つまり領域１０ｂに引き寄せられるように移動する。このように、透明電極２と透明電極４ａとの間、および透明電極２と透明電極４ｂとの間、にそれぞれ電圧を印加したとき、極性溶媒８が領域１０ａと領域１０ｂとの間で移動することが確認された。なお、本発明者らの観察によれば、透明電極２と透明電極４ａとの間、ないし透明電極２と透明電極４ｂとの間、に電圧を印加して極性溶媒を移動させた後、電圧を無印加状態にすると、極性溶媒が電圧印加状態の位置に留まる傾向が確認された。
【００２４】
図４Ａ〜４Ｄ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。明所で表面照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裏面照射型表示装置として使用する例について説明する。実施例による表示装置において、上側基板１上の透明電極２と下側基板５上の透明電極４ａとが第１の直流電源に接続され、上側基板１上の透明電極２と下側基板５上の透明電極４ｂとが第２の直流電源に接続される。また、下側基板５の下方に、バックライト３０が配置される。本実施例では、バックライトとして、紫外線を出射するものを用いた。なお、バックライト３０は非極性溶媒に溶解される蛍光体を光励起する波長であれば、紫外光でなくてもかまわない。制御装置が、第１，２の直流電源のオン・オフおよび、バックライトの点灯・消灯を制御する。開口領域１１ｂの表示状態が、上方から観察される。
【００２５】
図４Ａおよび４Ｂは、表面照射型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。バックライト３０は消灯状態であり、外光１０８が上側基板１に上方から入射される。図４Ａでは、透明電極２と透明電極４ａとの間に電圧が印加され、極性溶媒８が領域１０ａ、つまり遮光領域１１ａに移動し、非極性溶媒７が領域１０ｂ、つまり開口領域１１ｂに移動する。遮光領域１１ａにおいて、遮光層３により外光は反射しない。開口領域１１ｂでは、着色体（赤色系色素）が溶解した非極性溶媒７により外光は反射し、赤色に見える状態となる。このようにして、表面照射型表示装置における赤表示が実現される。また、図４Ｂでは、透明電極２と透明電極４ｂとの間に電圧が印加され、極性溶媒８が領域１０ｂ、つまり開口領域１１ｂに移動し、非極性溶媒７が領域１０ａ、つまり遮光領域１１ａに移動する。遮光領域１１ａにおいて、遮光層３により外光は反射しない。開口領域１１ｂでは、透明な極性溶媒８により外光は反射しない状態となる。このようにして、表面照射型表示装置における黒表示が実現される。
【００２６】
図４Ｃおよび４Ｄは、裏面照射型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。バックライト３０は点灯状態であり、バックライト３０から出射した紫外光が、下方から下側基板５に入射される。図４Ｃでは、透明電極２と透明電極４ａとの間に電圧が印加され、極性溶媒８が遮光領域１１ａに移動し、非極性溶媒７が開口領域１１ｂに移動する。開口領域１１ｂでは、非極性溶媒７に溶解された赤色蛍光体が紫外光により励起されて発光し、赤色に見える状態となる。このようにして、裏面照射型表示装置における赤表示が実現される。また、図４Ｄでは、透明電極２と透明電極４ｂとの間に電圧が印加され、極性溶媒８が開口領域１１ｂに移動し、非極性溶媒７が遮光領域１１ａに移動する。遮光領域１１ａにおいて、遮光層３により非極性溶媒７に溶解された蛍光体による発光は視認することができない。開口領域１１ｂでは、透明な極性溶媒８により紫外光は透過する状態となる。紫外光は人間が視認できる波長帯ではないため、この裏面照射型表示装置における黒表示が実現される。なお、実施例による表示装置において、人間の目を紫外光から保護するため、上側基板１の開口領域１１ｂに対応する領域には紫外線吸収フィルムを配置することが好ましいであろう。
【００２７】
このように、実施例の表示装置は、着色体および蛍光体を溶解した非極性溶媒および極性溶媒を、遮光領域と開口領域との間で移動させることにより、表面照射型または裏面照射型表示装置として利用することが可能である。
【００２８】
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４Ａ〜図４Ｄを参照して、説明を続ける。
【００２９】
図４Ａおよび４Ｂでは、バックライト３０が消灯状態であり、外光１０８が上側基板１に上方から入射される。図４Ａでは、開口領域１１ｂが着色状態であり、この照明装置は赤い壁紙として機能する。図４Ｂでは、開口領域１１ｂが透明状態であり、この照明装置は黒もしくは透明な壁紙として機能する。
【００３０】
図４Ｃおよび４Ｄでは、バックライト３０が点灯状態である。図４Ｃでは、開口領域１１ｂが発光状態であり、赤色のスポット光源が実現される。図４Ｄでは、開口領域１１ｂが透明状態であり、紫外光のスポット光源が実現される。
【００３１】
以上説明したように、実施例の光学装置は、例えば、表面照射型と裏面照射型とを切り替えられる表示装置や、拡散型とスポット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。
【００３２】
なお、上記実施例では、非極性溶媒に着色体および蛍光体を溶解した光学装置について説明したが、極性溶媒に着色体および蛍光体を溶解した光学装置、極性溶媒に着色体を溶解し、非極性溶媒に蛍光体を溶解した光学装置、極性溶媒に蛍光体を溶解し、非極性溶媒に着色体を溶解した光学装置、などさまざまな組み合わせの光学装置を作製することが可能である。また、極性溶媒および非極性溶媒にそれぞれ異なる色の着色体ないし蛍光体を溶解してもかまわない。なお、極性溶媒または非極性溶媒への着色体および蛍光体の溶解は、用途に応じて、着色体または蛍光体どちらか一方のみでもかまわないし、それらの溶媒自体が所定の可視光反射・吸収ないし透過スペクトルを有する溶媒であれば、必ずしも着色体および蛍光体を溶解させなくてもかまわない。
【００３３】
さらに、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も可能である。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いずれも作製することが可能である。さらに、上記実施例では、外光が上側基板上方から入射され、バックライトが下側基板下方に配置される場合について説明したが、これに限らず、上側基板上方にバックライトを配置し、下側基板下方から外光を入射してもかまわない。なお、この際、遮光層は、下側基板上に形成することが好ましい。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
１      透明基板、
２      透明電極、
３      遮光層、
４      透明電極、
５      透明基板、
６      平滑層、
７      非極性溶媒、
８      極性溶媒、
９      リブ材、
３０    バックライト。
【図１】
0005739719.tif 000002
【図４Ａ】
0005739719.tif 000003
【図４Ｂ】
0005739719.tif 000004
【図４Ｃ】
0005739719.tif 000005
【図４Ｄ】
0005739719.tif 000006
【図５】
0005739719.tif 000007
【図２Ａ】
0005739719.tif 000008
【図２Ｂ】
0005739719.tif 000009
【図３】
0005739719.tif 000010