(57)【要約】金属イオンを含有する電解質溶液を含浸させた多孔質媒体を電極間に配置する。電極に電圧を印加し、その極性に応じて電解質溶液中の金属の析出と溶解をコントロールする事によって表示を行う。多孔質媒体の光散乱特性と金属の光遮蔽効果により反射型、透過型共にペーパーライクな表示品位が得られる。【課題】従来方式では表示に用いる部材が最密充填できないために高コントラスト比が得られない、駆動電圧が高い、照明手段を用いた透過型表示が出来ない等の課題がある。【解決手段】金属イオンを含む電解質溶液を光散乱性多孔質媒体に含浸させる。金属の酸化還元反応を印加電圧で制御して多孔質媒体の光散乱効果と金属の光遮蔽効果によって表示を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の電極が透明電極からなる対向する電極間に金属イオンを含有する電解質溶液を含浸させた多孔質媒体を挟持して成り、該電極に電圧を印加し、その際の極性により電解質溶液中の金属を前記電極上に析出させるか、もしくは前記電極上に析出した金属を溶解させるかを制御することによって反射光及び／又は透過光の変調を行う事を特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記対向する電極間に挟持された多孔質媒体が可視光を散乱する性質を有する事を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記対向する電極間に挟持された多孔質媒体が可視光を透過する性質を有する事を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
前記対向する電極の少なくとも一方が透明電極である事を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項５】
前記対向する電極の少なくとも一方が反射電極である事を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項６】
前記反射電極が可視光を透過する透過部を有する事を特徴とする請求項５記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気化学的な酸化、還元によって光を変調する材料を用いた表示素子およびそれらを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報技術の進歩にともない、従来印刷物の形態で配布されていた文書が電子ファイルとして供給されるようになり、さらに書籍、雑誌等も電子出版という方法で提供されるようになってきている。現在はこれらの電子情報を閲覧するためにＣＲＴや液晶ディスプレイが使用されているが、人間工学的な理由から使用者の疲労が著しく、長時間にわたって文章を読むには耐え難いという指摘がなされている。液晶ディスプレイを搭載した携帯型端末も普及しているが、透過型パネルを用いたものではバックライトの消費電力が大きいために数時間以上の使用は不可能であり、低消費電力の反射型パネルでは印刷物と比較して著しく視認性が悪いという問題点がある。そのため電子情報を長時間にわたって閲覧する際には紙に印刷して読まれる傾向が依然として強い。
【０００３】
このような環境の中で、紙に替わる媒体としてペーパーライクディスプレイ、電子ペーパーと呼ばれる幾つかの技術が提案されている。代表的な方式としては、液体中に分散された粒子が電界の作用で電極上に堆積する電気泳動方式（従来技術１、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）、色の塗り分けられた球体が電界の作用で回転するツイストボール方式（従来技術２、例えば特許文献４、特許文献５参照）、固体の酸化還元による色変化を利用するエレクトロクロミック方式（従来技術３、例えば特許文献６、特許文献７参照）、金属の析出と溶解を利用する電析方式（従来技術４、例えば特許文献８参照）等がある。いずれも等方的な反射散乱特性による紙のような表示品位とメモリー性による低消費電力化を目指した技術である。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−８６１１６号公報
【特許文献２】
特開２０００−５６３４０号公報
【特許文献３】
米国特許６，０６７，１８５号
【特許文献４】
米国特許５，２６２，０９８号
【特許文献５】
米国特許５，３４４，５９４号
【特許文献６】
特開平５−２２４２４２号公報
【特許文献７】
特開２００２−３４１３８７号公報
【特許文献８】
特開２００２−２５８３２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来技術にはそれぞれに問題点がある。
従来技術１に開示された電気泳動方式では、表示に用いる着色粒子の偏りを抑えるために、粒子を分散させた液体をマイクロカプセルに封じ込める方法がとられている。この場合マイクロカプセルが最密充填できないために空隙が生じ、光の吸収が起こって反射率およびコントラスト比が損なわれる事になる。
従来技術２に開示されるツイストボール方式では、ボールを回転させるためのトルクが大きいため、駆動には数十ボルトの高電圧を要する。また、ボールの最密充填が出来ないために反射率が低く低コントラスト比という点は上述の電気泳動方式と同様である。
従来技術３に開示される有機物の酸化還元反応を用いたエレクトロクロミック方式は、低電圧で密な黒表示が可能であるという点で有効であるが、エレクトロクロミック材料単独での白表示は不可能であるため、光反射部材を混入または積層して用いている。反射部材に積層されるエレクトロクロミック層が不透明であるため、反射率は低くならざるを得ない。
従来技術４に開示された電析方式は、低電圧で密な白黒表示が可能であるが、この場合固体電解質層と電極層の密着性の不備が問題となる。密着性の不備は円滑なイオン供給に影響を与え、素子の短寿命化や応答速度が遅いという課題につながる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の技術的課題に鑑みて考案されたものであり、高反射率、高コントラスト比で視認性に優れ、安定な動作性能を有する表示装置を提供する事を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の表示装置は、対向する電極間に金属イオンを含有する電解質溶液を含浸させた多孔質媒体を挟持して成り、該電極に電圧を印加し、その際の極性により電解質溶液中の金属を前記電極上に析出させるか、もしくは前記電極上に析出した金属を溶解させるかを制御することによって反射光及び／又は透過光の変調を行う事を特徴とする。
本発明の表示装置は、電解質溶液中に溶解された金属イオンに電極を介して電子を与える事によって固体金属を析出させて不透明状態を形成し、また逆に析出した金属をイオン化する事によって透明状態を形成するものである。電極上に析出した固体金属は固有の着色状態、鏡面状態も呈するが、粒径がある程度以下に小さい場合には光を吸収して黒色状態になる。電極が液体の電解質と直接接触した構成となっているので、固体電解質を用いる従来技術と比較して電荷輸送効率が高く、応答も速い。
【０００８】
また、対向する対向する電極間に挟持された多孔質媒体が可視光を散乱する性質を有していても良い。もしくは、前記対向する電極間に挟持された多孔質媒体が可視光を透過する性質を有していても良い。
電極材料に例えば酸化錫、酸化インジウムおよびこれらの混合物等を用いて透明電極とし、多孔質媒体を例えば樹脂、繊維集合体などの可視光を散乱する性質を持つ部材、いわゆる光散乱性部材とすれば、金属の析出した状態を黒、溶解した状態を白として表示できる。多孔質媒体を着色すればカラー表示も可能である。また、多孔質媒体が可視光を透過する性質を有していれば、裏面に照明手段を設ける事によって暗所でも使用可能な表示装置が実現できる。本発明の多孔質媒体に使用可能な多くの樹脂や繊維集合体は光散乱性と透過性を有するので、明所では反射型表示、暗所では透過型表示と使い分ける事ができる。
【０００９】
また、前記対向する電極の少なくとも一方が透明電極であるか、もしくは前記対向する電極の少なくとも一方が反射電極であることが望ましい。
本発明に用いる光散乱性の多孔質媒体は、入射した光を表示面の反対側にも散乱する。本発明の構成によって裏面の電極材料に金属等の光反射性材料を用いれば、裏面に散乱した光を表示面に返すことによって、反射表示の明るさを向上する事ができる。
さらに本発明の構成によれば、裏面の反射型金属電極に開口部を設けることによって、裏面に設置した照明手段を使った透過型表示も可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態の表示装置は、表示パネルと周辺回路を備えているが、本発明の特徴は表示パネルの構成にあるので、周辺回路についての説明は省略する。図１および２を用いて第１の実施形態の表示パネルを説明する。
【００１１】
図１の表示パネルは、金属イオンを含む電解質溶液を含浸させた多孔質媒体１３が、表面に透明電極１２を形成した同様な構成の２枚の透明基板１１によって挟持された構成になっている。１０１ａは上側の透明電極表面に固体金属１４が析出した画素を表わし、１０１ｂは金属がイオン化した画素を表わしている。下側の電極に対して上側の電極を負極性として電子を注入すれば画素１０１ａ  の状態が得られ、正極性とすれば画素１０１ｂの状態が得られる。すなわち、固体金属１４が析出した状態の画素１０１ａに入射した光１０２ａは析出した金属層１４に吸収されるため、表示は黒となる。一方、金属がイオン化した状態の画素１０１ｂに入射した光１０２ｂは多孔質媒体層１３で反射されて散乱光１０３を返すので、表示は白となる。
【００１２】
金属イオンの例としては、ビスマス、銅、銀、リチウム、鉄、クロム、ニッケル、カドミウム等があり、これらの混合物を用いても良い。電解質溶液を構成する溶媒には、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、メチルピロリドン、Ｎ−メチルホルムアルデヒド等の非プロトン性非水溶媒が適当である。多孔質媒体としては、シート状の高分子材料、繊維の集合体、紙など電解質溶液中でのイオン伝導を妨げない材料であれば良い。
【００１３】
図２は図１の表示パネルの裏面に照明手段２１を設けて透過型表示体とした場合の表示原理を説明する図である。固体金属１４が析出した状態の画素１０１ａに入射した光２０２ａは析出した金属層１４に遮断されるので黒表示となる。金属がイオン化した状態の画素１０１ｂに入射した光２０２ｂは多孔質媒体層１３を透過して散乱光２０３を出射するため、白表示となる。
【００１４】
［第２の実施形態］
図３を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。図３の表示パネルでは、下側の基板に開口部３２（透過部）を有する反射電極３１を形成し、透明電極１２を積層した構成になっている。第１の実施形態では省略したが、多孔質媒体１３に入射した光は反射光１０３ａだけではなく、裏面方向に散乱される成分１０３ｂを持っている。この成分を反射電極３１で反射して表示面側に反射光１０４として取り出せば白表示の反射率を向上する事ができる。反射電極３１に設けた開口部３２は裏面に照明手段を備えて透過型表示を行う際の光の通過口である。この構成により、本実施形態の表示装置は半透過反射型として機能する。その他の作用については［第１の実施形態］と同様なので省略する。なお、上記の構成は反射電極３１の内部に開口部３２を設けたものであるが、この構成に代えて、反射電極の周辺領域に反射電極が存在せず、透明電極のみが存在する領域を設け、この領域を透過型表示に寄与する透過部としても良い。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について実験結果をもとに説明する。但し、本発明がこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
（電解質溶液の調整）
多孔性媒体に含浸させる電解質溶液には、Ｎ−メチルホルムアルデヒドを溶媒として、以下の化合物を各々の濃度になるよう添加、混合した。
臭化銀  １．５  ｍｏｌ／ｋｇ
臭化リチウム  ３．０  ｍｏｌ／ｋｇ
臭化銅  ０．００５  ｍｏｌ／ｋｇ
１，４−ベンゾジオキサン  ０．００５  ｍｏｌ／ｋｇ
トリエタノールアミン  ０．００５  ｍｏｌ／ｋｇ
（セルの作製）
電解質溶液を含浸させる多孔質媒体として、セルロース繊維の集合体（東洋濾紙製フィルターペーパーＮｏ．５Ｃ）を用いた。上記組成の電解質溶液に、カットしたフィルターペーパーを充分に膨潤するまで浸漬した。膨潤したフィルターペーパーをＩＴＯ電極の形成されたガラス基板に挟み、貼り合せ端面をエポキシ系の紫外線硬化型接着剤で封止した。
【００１６】
上基板側（視認側）のＩＴＯ電極に駆動回路を接続してＤＣ  −１．０Ｖを印加すると、電圧を印加した側の電極表面に金属銀が析出し、黒表示になった。銀が析出した状態で＋２．３Ｖを印加すると、金属銀がイオン化されて透明になり、下地の色である白表示が得られた。これらのスイッチングは可逆的である。室温における応答速度は白表示から黒表示への変化で１５０ｍｓ、黒表示から白表示への変化で１１０ｍｓであった。コントラスト比は反射表示で１３、パネル背面にバックライトを置いた透過表示で２２であった。
【００１７】
［実施例２］
実施例１と同じ方法で作製した電解質を含浸する多孔質媒体を、ＩＴＯ電極の形成されたガラス基板とアルミニウム電極の形成されたガラス基板に挟んでセルを作製した。ＩＴＯ電極側を表示面として反射型でコントラスト比を測定すると、反射率の向上効果によって１７という値が得られた。
【００１８】
【発明の効果】
上述の構成によれば、本発明の表示装置は、簡単な構造で高反射率、高コントラスト比で視認性に優れた表示性能を有し、低電圧で安定な動作性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明表示装置の反射型表示の一構成例を示す概略断面図である。
【図２】本発明表示装置の透過型表示の一構成例を示す概略断面図である。
【図３】本発明表示装置の半透過反射型表示の一構成例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１    透明基板
１２    透明電極
１３    電解質を含浸させた多孔質媒体
１４    析出した金属
２１    照明手段
３１    反射電極
３２    反射電極の開口部
１０１ａ    黒表示の状態にある画素
１０１ｂ    白表示の状態にある画素
１０２ａ、１０２ｂ    入射光
１０３ａ、１０４    出射散乱光
１０３ｂ    後方散乱光
【図１】
2004333753.tif 000003
【図２】
2004333753.tif 000004
【図３】
2004333753.tif 000005