(57)【要約】【課題】簡単な構成で高コントラストを得ることができる電気調光フィルタを提供する。【解決手段】黒色吸収性を有する微小パーティクル18を分散した層状の第１高分子ゲル４に電源16により電気信号を印加することで、第１高分子ゲル４に第２高分子ゲル５から出入りする電荷量を制御して第１高分子ゲル４の体積密度を変化させて、微小パーティクル18の相互間距離を変化させる。微小パーティクル18の相互間距離によって光の通過量を可変でき、例えば偏光板などを用いることなく、簡単な構成で高コントラストを得ることができる。【選択図】図１
2008070602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状に設けられた透光性媒体と、
この透光性媒体中に分散され少なくとも光を透過しない複数の微小部材と、
前記透光性媒体に電気信号を印加することで前記微小部材の相互間距離を変化させる電気信号印加手段と
を具備したことを特徴とした作動型光学フィルタ。
【請求項２】
前記透光性媒体は、導電性高分子である
ことを特徴とした請求項１記載の作動型光学フィルタ。
【請求項３】
前記電気信号印加手段は、前記透光性媒体に出入りする電荷量を制御することでこの透光性媒体の体積密度を変化させる
ことを特徴とした請求項１または２記載の作動型光学フィルタ。
【請求項４】
一主面に第１電極を備えた第１基板と、
透光性を有し、前記第１基板に対向配置され、一主面に透光性を有する第２電極を備えた第２基板と、
これら第１基板の一主面と第２基板の一主面との間に前記透光性媒体が介在され、かつ、電気信号印加手段が前記第１電極と前記第２電極との間に接続された請求項１ないし３いずれか一記載の作動型光学フィルタと
を具備したことを特徴とした表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場によってスイッチング可能な作動型光学フィルタおよびこれを備えた表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子タイプの光学フィルタを用いた表示素子は、軽量、薄型および低消費電力などの特徴を有するため、各種ＯＡ機器、情報端末、時計、あるいはテレビジョン受像機など、様々な分野に応用されている。
【０００３】
特に、ＴＦＴ素子を用いた液晶表示素子は、その応答性の良好さから携帯テレビジョン受像機やコンピュータなど、多くの情報を含むデータの表示用モニタとして用いられる。
【０００４】
近年では、バックライトなどの光源を必要としない、反射型液晶表示素子も実用化され、携帯電話などのモバイル分野において脚光を浴びている。
【０００５】
しかしながら、このような液晶表示素子は、液晶材料により光を偏光しているため、殆どのもので偏光板が必要であり、光の利用効率の点では充分とはいえない。
【０００６】
一方で、偏光板を必要としないＰＤＬＣ(Polymer Dispersed LC)などが提案されているものの、光散乱による白表示輝度が充分でないなど、実用化が容易でない状況である。
【０００７】
このため、偏光板を必要とせず、高コントラストを実現できる表示素子が望まれている。
【０００８】
そこで、このような作動型光学フィルタとして、流動性を有する膨潤液中に、外部からの刺激によって膨潤液を吸収したり放出したりすることで体積変化を生じる球状の高分子ゲルを配設し、電場によってこの高分子ゲルの体積を可変することで光の透過度を可変させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−４９０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の作動型光学フィルタでは、偏光板が不要なため、光の利用効率が向上し、高コントラストを得ることができる。
【００１０】
しかしながら、上述の作動型光学フィルタでは、流動性を有する膨潤液中に高分子ゲルを配設しているため、例えば複数の異なる色に対応させたマトリクス状の画素を有する表示素子などに適用する場合に、画素毎に仕切りを設ける必要があるなど、構成を簡略化することが容易でないという問題点を有している。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、簡単な構成で高コントラストを得ることができる作動型光学フィルタおよびこれを備えた表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、層状に設けられた透光性媒体と、この透光性媒体中に分散され少なくとも光を透過しない複数の微小部材と、前記透光性媒体に電気信号を印加することで前記微小部材の相互間距離を変化させる電気信号印加手段とを具備したものである。
【００１３】
そして、層状の透光性媒体に電気信号印加手段により電気信号を印加して、この透光性媒体中に分散した複数の微小部材の相互間距離を変化させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、少なくとも光を透過しない微小部材の相互間距離により光の通過量を可変でき、例えば偏光板などを用いることなく簡単な構成で高コントラストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態の作動型光学フィルタの構成を図１および図２を参照して説明する。
【００１６】
図１および図２において、１は表示素子としての反射型の平面表示素子を示し、この平面表示素子１は、透光性を有する第１基板２と、この第１基板２に所定の間隔で対向配置された第２基板３と、これら基板２，３間に層状に介在された透光性媒体としての導電性高分子である第１高分子ゲル４および電荷移動媒体としての導電性高分子である第２高分子ゲル５とを備え、複数の画素６がマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス型のものである。
【００１７】
第１基板２は、例えば絶縁性基板である透明なガラス基板であり、第２基板３側の主面である一主面上に、各画素６に対応して図示しない能動素子としてのスイッチング素子がそれぞれ設けられているとともに、これらスイッチング素子のそれぞれに対応して、これらスイッチング素子により駆動される第１電極としての画素電極11が設けられている。
【００１８】
これら画素電極11は、例えば本実施の形態においては、光反射性を有する金属電極などである。
【００１９】
また、スイッチング素子は、図示しないドライバ回路などと電気的に接続され、これらドライバ回路からの電気信号に対応してスイッチングされる。
【００２０】
第２基板３は、例えば絶縁性基板である透明なガラス基板であり、第１基板２側の主面である一主面上に、画素６全体に共通する第２電極としての共通電極13が設けられている。
【００２１】
この共通電極13は、少なくとも可視光波長領域の光を透過できる、すなわち透光性を有する透明電極であり、例えばＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯなどのＺｎ系透明導電膜、あるいはＩＴＯなどを用いることが可能である。
【００２２】
さらに、共通電極13と画素電極11との間には、電気信号印加手段としての電源16が設けられ、この電源16は、外部から印加された輝度信号に対応した電位(−ＸＶ〜＋ＸＶ)の信号を発生するようなゲートアレイ素子によって構成されている。
【００２３】
第１高分子ゲル４は、微小部材としての微小パーティクル18が内部に分散され、体積密度の変化によりこれら微小パーティクル18の相互間距離が変化することで光を変調する光変調層であり、例えばポリアニリン、ポリピロールなどで形成され、特に、高分子内部に電荷、あるいはイオンを取り込んだことで浸透圧変化が生じ、給水反応および脱水反応の結果として膨潤や凝集を繰り返すことが可能な材料、例えばポリアクリル酸ゲルなどが使用可能である。
【００２４】
微小パーティクル18は、例えばポリスチレン、あるいはシリカなど、粒子径がよく揃った単分散の真球粒子、あるいは、カーボンブラック粒子（カーボンナノ粒子）など、光の波長よりも小さいものであり、本実施の形態では、光の黒色吸収性を有している。
【００２５】
なお、これら微小パーティクル18は、第１高分子ゲル４中で凝集しにくいように表面を化学修飾することも可能である。
【００２６】
また、第２高分子ゲル５は、例えばテトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどの電解質を用いることができる。さらに、この電解質が電離して生じたイオンＩを介して電荷が移動するための媒体としては、例えばエチレングリコールなどの不揮発性溶媒が、素子の安定性および製造プロセスの簡便性から好ましいが、電解質を添加することでイオンＩが電場によって移動できる材料であれば、概ね使用することが可能である。
【００２７】
そして、上記各高分子ゲル４，５および電源16により、作動型光学フィルタとしての電気調光フィルタ19が構成されている。
【００２８】
次に、上記一実施の形態の動作を説明する。
【００２９】
表示する画像信号に対応してドライバ回路などにより生成されたドライバ信号によってスイッチング素子がスイッチングされる。
【００３０】
スイッチング素子がオンされると、電極11，13間に電気信号が印加され、図１に示すように、第２高分子ゲル５から第１高分子ゲル４内へと、電気信号に対応した量のイオンＩが移動して、これらイオンＩが第１高分子ゲル４内部に取り込まれたことで浸透圧変化が生じ、給水反応が起きて第１高分子ゲル４が膨潤し、第１高分子ゲル４の体積密度が減少し、微小パーティクル18の相互間距離が広くなる。
【００３１】
この結果、外部からの光Ｌが第２基板３、共通電極13、第２高分子ゲル５および第１高分子ゲル４を通過し、画素電極11にて反射され、再度第１高分子ゲル４、第２高分子ゲル５、共通電極13および第２基板３を通過して、この画素６が、電気信号に対応した点灯状態となる。
【００３２】
また、スイッチング素子を介して、逆極性の電気信号が電極11，13間に印加されると、図２に示すように、第１高分子ゲル４側から第２高分子ゲル５内へとイオンＩが戻り、第１高分子ゲル４にて浸透圧変化が生じ、脱水反応が起きて第１高分子ゲル４が凝集し、第１高分子ゲル４の体積密度が増加し、微小パーティクル18の相互間距離が狭くなる。
【００３３】
この結果、外部からの光Ｌが第２基板３、共通電極13および第２高分子ゲル５を通過した後、第１高分子ゲル４の微小パーティクル18に黒色吸収され、この画素６が消灯状態となる。
【００３４】
上述したように、上記一実施の形態では、層状の第１高分子ゲル４にスイッチング素子を介して電源16により電気信号を印加して、微小パーティクル18の相互間距離を変化させる構成とした。
【００３５】
この結果、黒色吸収性を有する微小パーティクル18の相互間距離によって光の通過量を可変でき、例えば偏光板などを用いることなく、光の利用効率すなわち透過性能に優れ、簡単な構成で高コントラストを得ることができる。
【００３６】
また、透光性媒体として、導電性高分子である第１高分子ゲル４を用いることで、例えば銅イオンの酸化／還元反応によって、ポリマ鎖同士を反発させたり引き付けたりすることで膨潤／収縮するポリアクリル酸ゲルなどを、銅イオンと組み合わせて用いることで、外部からの電気信号に対応して第１高分子ゲル４に出入りするイオンすなわち電荷量の制御で第１高分子ゲル４の体積密度を変化させて、電気調光フィルタ19を効果的にスイッチングできる。
【００３７】
具体的に、第１高分子ゲル４に第２高分子ゲル５を隣接させて層状に設け、電源16からの電気信号により、第２高分子ゲル５から第１高分子ゲル４へと出入りする電荷量を、イオンＩを介して制御することでこの第１高分子ゲル４中の体積密度を変化させることにより、分散した複数の微小パーティクル18の相互間距離を、容易に可変できる。
【００３８】
そして、上記電気調光フィルタ19を平面表示素子１に適用することで、高コントラストで、かつ、簡単な構成の表示素子を得ることができる。
【００３９】
すなわち、基板２，３の電極11，13間に電気調光フィルタ19の各高分子ゲル４，５を介在することにより、第１基板２側のスイッチング素子によって電源16から各高分子ゲル４，５へと印加する電気信号を容易に可変させて、各画素６の表示状態を容易に制御できる。
【００４０】
しかも、マトリクス状に形成した全ての画素６に対して共通の層状の第１高分子ゲル４により各画素６の表示状態を制御できるから、隣接する画素６同士の間で第１高分子ゲル４を仕切る必要などもなく、構成も簡略化できる。
【００４１】
そして、画素電極11として反射電極を用い、共通電極13として透明電極を用いて、基板２，３間の間隔が一定になるように配置し、電極面間に、微小パーティクル18としてカーボンナノ粒子を分散した導電性ゲルを第１高分子ゲル４として１０μｍ厚で塗布し、第２高分子ゲル５として、粒子を分散しない状態の導電性ゲルを１０μｍ厚で塗布して、反射電極に電圧を印加することで、第１高分子ゲル４である導電性ゲルへのイオンの出入りを制御し、この導電性ゲルの膨潤・収縮により光の透過と黒色吸収状態とを示すことを確認した。
【００４２】
なお、上記一実施の形態において、微小パーティクル18を、光反射性を有する部材とし、画素電極11を、黒色吸収性を有する部材で形成することも可能であり、この場合には、上記一実施の形態と反対の動作、すなわち、スイッチング素子のオン時に電極11，13間に印加された電気信号によって第１高分子ゲル４が膨潤することで微小パーティクル18により光が遮られずに画素電極11により黒色吸収され、逆極性の電気信号が電極11，13間に印加されることによって第１高分子ゲル４が凝集することで微小パーティクル18が光を反射するなど、各画素６の点灯状態および消灯状態を適宜制御でき、上記一実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４３】
また、画素電極11を、共通電極13と同様に透光性を有する部材で形成し、微小パーティクル18を、黒色吸収性を有する部材で形成することで、平面表示素子１を透過型に対応させることも可能になる。この場合には、平面表示素子１の図１に示す下側である第１基板２側に図示しない光源装置としてのバックライトを配設することで、平面表示素子１が透過型の表示素子に対応し、上記一実施の形態と同様にスイッチング素子のスイッチング動作に対応してバックライトからの照明を制御して、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４４】
さらに、平面表示素子１の図１に示す下側に図示しないバックライトを配設して、微小パーティクル18を、光反射性を有する部材とし、画素電極11を、透光性を有する部材で形成すると、第２基板３側からの光を微小パーティクル18の相互間距離の可変により反射／吸収する反射型と、バックライトからの光を微小パーティクル18の相互間距離の可変により透過／遮断する透過型との両方を切り換え可能な、いわゆる半透過型の表示素子に対応し、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４５】
そして、上記各実施の形態の平面表示素子１をカラー表示に対応させる場合には、微小パーティクル18自体に着色する構成、図示しないカラーフィルタを第２基板３側に設ける構成、あるいは、各高分子ゲル４，５自体に着色する構成など、様々な構成が可能である。
【００４６】
また、第１基板２は透光性を有さない構成とすることも可能である。
【００４７】
さらに、電気調光フィルタ19は、平面表示素子１そのものに組み込むだけでなく、単体の光学フィルタとしても使用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態の表示素子の作動型光学フィルタの透過状態を示す説明断面図である。
【図２】同上作動型光学フィルタの遮光状態を示す説明断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    表示素子としての平面表示素子
２    第１基板
３    第２基板
４    透光性媒体としての導電性高分子である第１高分子ゲル
11    第１電極としての画素電極
13    第２電極としての共通電極
16    電気信号印加手段としての電源
18    微小部材としての微小パーティクル
19    作動型光学フィルタとしての電気調光フィルタ
【図１】
2008070602.tif 000003
【図２】
2008070602.tif 000004