(57)【要約】【課題】反射型の低消費電力の表示装置で、かつ動画再生に適した表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、表示面と平行な平板状の裏面電極２と、この裏面電極２上に２次元的に配置された複数の表示素子１と、各表示素子１上に配置された複数の表面電極３とを有し、各表示素子１は、表示面と直交する方向に積層された誘電体多層膜からなり、この誘電体多層膜は、少なくとも２種類の誘電体から構成され、誘電体多層膜を構成する誘電体のうち少なくとも１種類の誘電体は、電気光学効果を有する誘電体である。【選択図】  図１
2005308787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面と平行な平板状の裏面電極と、
この裏面電極上に２次元的に配置された複数の表示素子と、
各表示素子上に配置された複数の表面電極とを有し、
各表示素子は、前記表示面と直交する方向に積層された誘電体多層膜からなり、この誘電体多層膜は、少なくとも２種類の誘電体から構成され、前記誘電体多層膜を構成する誘電体のうち少なくとも１種類の誘電体は、電気光学効果を有する誘電体であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の表示装置において、
各表示素子は、それぞれ複数の異なる部分表示素子に分割され、
前記異なる部分表示素子の上には、それぞれ異なる波長の光を透過する干渉フィルタが配置され、
前記異なる部分表示素子を構成する前記誘電体多層膜の膜厚は、それぞれ異なる波長の光を反射するように調整されていることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の表示装置において、
前記誘電体多層膜は、異なる誘電体を交互に配置した格子縞が前記表示面に対して垂直な１つの面に沿って形成される２次元格子構造であることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の表示装置において、
前記誘電体多層膜は、異なる誘電体を交互に配置した格子縞が前記表示面に対して垂直な２つの面と前記表示面とに沿って形成される３次元格子構造であることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記表面電極は、酸化インジウム系化合物もしくは酸化亜鉛系化合物の中から選択されたいずれかの材料から構成されることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置において、
前記裏面電極は、前記表示面と反対側の面に黒色塗料が塗布されたものであることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報端末等に搭載される表示装置に関するものであり、詳しくは低消費電力を実現する反射型の表示装置の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に表示装置は、解像度のほかに、視野角やコントラストなどの性能が要求されるが、なかでも可搬性に優れた小型情報端末に搭載される表示装置（ユビキタスディスプレイ装置）は、上記の性能に加えて低消費電力であることが重要である。既存のユビキタスディスプレイ装置のほとんどは、ＴＦＴトランジスタと液晶素子とを組み合わせた液晶ディスプレイ装置である。液晶ディスプレイ装置は、背面から出た白色光を液晶素子とカラーフィルタで空間変調する透過型であるため、バックライトが不可欠である。一般の液晶ディスプレイ装置の消費電力はフラットパネルディスプレイ部分とバックライト部分に分けることができる。この消費電力のうちバックライト部分が占める割合は６０％以上であり、透過型ディスプレイ装置の低消費電力化には根本的に限界がある。
【０００３】
ペーパーライクディスプレイの分野では、低消費電力化を重要視しており、外部照明光を光源とし、表示素子部での反射光を空間変調する反射型表示装置が主流である。低消費電力の反射型表示装置としては、二色に色分けされた微小球体を回転させることで反射光を空間変調するツイストボール方式の表示装置（特許文献１参照）や、着色液体と泳動粒子とが入った微小カプセルに電界を印加して反射光を空間変調する電気泳動方式の表示装置（特許文献２参照）などがある。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２００２−３１１４６３号公報
【特許文献２】特表２００１−５１６４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された従来の反射型表示装置は、表示素子の自己保持性を重視しているため、リフレッシュレートが遅く、動画像の再生に適していないという問題点があった。
本発明の目的は、外部照明光を光源とする反射型の低消費電力の表示装置で、かつ動画再生に適した表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表示装置は、表示面と平行な平板状の裏面電極と、この裏面電極上に２次元的に配置された複数の表示素子と、各表示素子上に配置された複数の表面電極とを有し、各表示素子は、前記表示面と直交する方向に積層された誘電体多層膜からなり、この誘電体多層膜は、少なくとも２種類の誘電体から構成され、前記誘電体多層膜を構成する誘電体のうち少なくとも１種類の誘電体は、電気光学効果を有する誘電体である。
また、本発明の表示装置の１構成例において、各表示素子は、それぞれ複数の異なる部分表示素子に分割され、前記異なる部分表示素子の上には、それぞれ異なる波長の光を透過する干渉フィルタが配置され、前記異なる部分表示素子を構成する前記誘電体多層膜の膜厚は、それぞれ異なる波長の光を反射するように調整されている。
また、本発明の表示装置の１構成例において、前記誘電体多層膜は、異なる誘電体を交互に配置した格子縞が前記表示面に対して垂直な１つの面に沿って形成される２次元格子構造である。
また、本発明の表示装置の１構成例において、前記誘電体多層膜は、異なる誘電体を交互に配置した格子縞が前記表示面に対して垂直な２つの面と前記表示面とに沿って形成される３次元格子構造である。
また、本発明の表示装置の１構成例において、前記表面電極は、酸化インジウム系化合物もしくは酸化亜鉛系化合物の中から選択されたいずれかの材料から構成されるものである。
また、本発明の表示装置の１構成例において、前記裏面電極は、前記表示面と反対側の面に黒色塗料が塗布されたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、表示装置は誘電体多層膜をいわゆる波長選択フィルタとして取り扱う。波長選択フィルタでは、その多層膜の周期間隔と屈折率を制御することで、特定波長の光を反射させることができる。誘電体として電気光学効果を有する材料を用いれば、表面電極と裏面電極とに印加する電圧によって、誘電体の屈折率を変化させ、結果として透過あるいは反射する光の波長を制御することができる。特に反射する光の波長を制御することで、外部照明光を光源とする、反射型の表示装置を実現することができる。また、電気光学効果の動作時間は動画再生に必要な動作時間より十分に短いため、動画再生に適した表示装置を実現することができる。
【０００８】
また、異なる部分表示素子がそれぞれ異なる波長の光を選択的に反射するようにし、異なる部分表示素子の上にそれぞれ異なる波長の光を透過する干渉フィルタを配置することにより、異なる波長の光の反射率を任意に制御することができ、フルカラー表示が可能となる。
【０００９】
また、本発明の表示装置は誘電体格子をいわゆるフォトニック結晶として取り扱う。フォトニック結晶でも誘電体多層膜と同様に波長選択特性があるが、誘電体多層膜を２次元格子構造とすることで、広い入射角の光に対して波長選択特性を示すことができる。誘電体多層膜を２次元格子構造とすれば、表示面に対して垂直な方向と表示面に対して平行な１方向の２軸方向で反射器として機能するので、表示装置の視野角を広げることができる。
【００１０】
また、誘電体多層膜を３次元格子構造とすることで、更に広い入射角の光に対して波長選択特性を示すことができる。誘電体多層膜を３次元格子構造とすることで、表示面に対して垂直な方向と表示面に対して平行な２方向の３軸方向で反射器として機能するので、表示装置の視野角を更に広げることができる。
【００１１】
また、表面電極を酸化インジウム系化合物もしくは酸化亜鉛系化合物の中から選択したいずれかの材料から構成することにより、表面電極を透明にすることができるので、表示素子に入射する外部照明光の強度と表示素子で反射される反射光の強度とを大きくすることができる。
【００１２】
また、裏面電極の表示面と反対側の面に黒色塗料を塗布することにより、表示素子での反射に与らない透過光の不要な反射を低減することができ、表示装置のコントラストを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。図１に示す表示装置は、画素毎に設けられた複数の表示素子１と、各表示素子１に共通の裏面電極２と、表示素子１毎の表面電極３と、電気配線４と、制御回路５とを備えている。各々の表示素子１は分離され、表示面内に２次元的に配列されている。
【００１４】
図２は表示素子１と表面電極３の構成を示す斜視図である。複数の表示素子１は、裏面電極２（図２では不図示）上に形成され、それぞれ第１の透明誘電体１１と電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２とが交互に積層された構造を有している。各表示素子１上には、それぞれ表面電極３が形成されている。裏面電極２と複数の表面電極３とは、それぞれ電気配線４を介して制御回路５と電気的に接続されている。
【００１５】
本実施の形態では、第１の透明誘電体１１と第２の透明誘電体１２とからなる誘電体多層膜をいわゆる波長選択フィルタとして取り扱う。波長選択フィルタでは、その多層膜の周期間隔と屈折率とを制御することで、特定波長の光を反射させることができる。本実施の形態のように、誘電体多層膜の一部に電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２を用いれば、表面電極３と裏面電極２との間に印加する電圧によって、第２の透明誘電体１２の屈折率を変化させることができ、反射する光の波長を制御することができる。
【００１６】
制御回路５は、電気配線４を介して各表示素子１の表面電極３と裏面電極２との間に電圧を印加する。このとき、制御回路５は、入力画像信号に応じて、表面電極３と裏面電極２との間に印加する電圧を表示素子１（画素）毎に制御する。表示素子１で反射する光の波長が表示素子１毎に制御され、表示素子１で反射する光の強度が表示素子１毎に制御される結果、表示装置の使用者は、表示面から出射する反射光による画像を見ることができる。こうして、本実施の形態では、各表示素子１で反射する光の波長を制御することで、外部照明光を光源とする、反射型の低消費電力の表示装置を実現することができる。また、本実施の形態では、反射光の波長の制御に第２の透明誘電体１２の電気光学効果を利用しているが、この電気光学効果の動作時間は動画再生に必要な動作時間より十分に短い。したがって、動画再生に適した表示装置を実現することができる。
【００１７】
なお、第１の透明誘電体１１は、シリコン酸化物、チタン酸化物などの透明無機材料でもよいし、ポリメチルメタクリレートのような透明有機材料でもよい。
電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブタンタル酸カリウム、チタン酸バリウムのような無機材料でもよいし、２−メチル−４−ニトロアニリンのような有機材料でもよいし、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブタンタル酸カリウム、チタン酸バリウムのような無機材料を透明有機高分子に分散させた材料でもよい。
【００１８】
表面電極３は、表示素子１の表面寸法より小さいものであれば金属のような不透明材料でもよいが、表示素子１から出射する反射光の収量を増大させるためには、酸化インジウム、酸化亜鉛のような透明導電性材料が望ましい。
裏面電極２は、金属電極でもよいが、不要光の反射を防ぐためには、酸化インジウム、酸化亜鉛のような透明導電性材料とし、その裏面（表示素子１の形成面と反対側の面）に黒色塗料が塗られていることが望ましい。
【００１９】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、表示素子１を画素毎に分離した構成としているが、各画素に共通の表示素子を形成してもよい。図３は本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の構成を示す斜視図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。図３に示す表示装置は、表示素子１ａと、裏面電極２と、画素毎の表面電極３と、電気配線４と、制御回路５とを備えている。
【００２０】
表示素子１ａは、裏面電極２上に形成され、表示素子１と同様に、第１の透明誘電体１１と電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２とが交互に積層された構造を有している。表示素子１ａ上には、画素毎に表面電極３が形成されている。裏面電極２と複数の表面電極３とは、それぞれ電気配線４を介して制御回路５と電気的に接続されている。
本実施の形態では、制御回路５は、入力画像信号に応じて、表面電極３と裏面電極２との間に印加する電圧を画素毎に制御する。これにより、本実施の形態では、表面電極３の直下付近の表示素子１ａが、画素毎に分離した表示素子１と実質的に同等の機能を提供することになり、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
［第３の実施の形態］
図４は本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の構成を示す斜視図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。図４に示す表示装置は、複数の部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと、各部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに共通の裏面電極２と、部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ毎の表面電極３と、電気配線４と、制御回路５と、部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ上に形成された干渉フィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとを備えている。本実施の形態はフルカラー表示を実現するものであり、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）に対応する部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが表示装置の画素毎に設けられている。
【００２２】
図５は部分表示素子１Ｇと干渉フィルタ６Ｇと表面電極３の構成を示す斜視図である。複数の部分表示素子１Ｇは、裏面電極２（図５では不図示）上に形成され、それぞれ第１の透明誘電体１１と電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２とが交互に積層された構造を有している。部分表示素子１Ｒ，１Ｂも部分表示素子１Ｇと同様の構造である。そして、部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ上には、それぞれ干渉フィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂが形成され、さらに干渉フィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ上には、それぞれ表面電極３が形成されている。裏面電極２と複数の表面電極３とは、それぞれ電気配線４を介して制御回路５と電気的に接続されている。
【００２３】
図６は部分表示素子１Ｇに電圧を印加した際の反射波長の変化を示す図であり、横軸は波長、縦軸は反射率である。部分表示素子１Ｇを構成する第１の透明誘電体１１と第２の透明誘電体１２の厚さは、例えば図６に示すＡの特性のように緑色の光のみを反射するように調整されている。図６の例では、第１の透明誘電体１１の屈折率が１．５、厚さが１００ｎｍであり、第２の透明誘電体１２の屈折率が２．０、厚さが２００ｎｍであり、第１の透明誘電体１１と第２の透明誘電体１２の組が１０組、計２０層の誘電体多層膜からなる部分表示素子１Ｇを形成している。
【００２４】
このような部分表示素子１Ｇ上に形成された表面電極３と裏面電極２との間に電圧を印加し、電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２の屈折率を２．２に変化させると、図６に示すＢのような波長帯域の光のみを反射するようになる。したがって、図６のＣのような波長帯域の光のみを透過する干渉フィルタ６Ｇを使用すれば、表面電極３と裏面電極２との間に印加する電圧により、緑色の光の反射強度を連続的に調整することができる。
【００２５】
同様に、部分表示素子１Ｒを構成する第１の透明誘電体１１と第２の透明誘電体１２の厚さは赤色の光を反射するように調整され、部分表示素子１Ｒ上には赤色の光を透過する干渉フィルタ６Ｒが形成されている。また、部分表示素子１Ｂを構成する第１の透明誘電体１１と第２の透明誘電体１２の厚さは青色の光を反射するように調整され、部分表示素子１Ｂ上には青色の光を透過する干渉フィルタ６Ｂが形成されている。
【００２６】
本実施の形態の制御回路５は、Ｒ，Ｇ，Ｂの入力画像信号に応じて、表面電極３と裏面電極２との間に印加する電圧を画素毎およびＲ，Ｇ，Ｂ毎に制御する。
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、３原色の反射強度を任意に制御することができ、フルカラー表示が可能となる。なお、本実施の形態では、１画素をＲ，Ｇ，Ｂに分割しているが、これに限るものではなく、部分表示素子がＲ，Ｇ，Ｂ以外の色を反射するようにしてもよく、１画素を分割する色の数も３色以外の色数でもよい。また、部分表示素子で反射する色と干渉フィルタを透過する色とが一致していなくてもよい。
【００２７】
［第４の実施の形態］
図７は本発明の第４の実施の形態に係る表示装置における表示素子と表面電極の構成を示す斜視図であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態における表示素子の別の構成を提供するものである。本実施の形態の表示素子１は、裏面電極２（図７では不図示）上に形成され、第１の透明誘電体１１と電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２とが交互に配置された２次元格子の構造を有している。２次元格子の格子縞は、表示装置の表示面（図７のＸ−Ｙ平面）に対して垂直な面（Ｘ−Ｚ平面）に形成される。各表示素子１上には、それぞれ表面電極３が形成されている。
【００２８】
表示素子１は、２次元格子構造をとることで、特定波長を反射する反射器として機能する。制御回路５から電気配線４を介して各表示素子１の表面電極３と裏面電極２との間に電圧を印加することで、表示素子１で反射する光の波長を制御し、結果として反射光の強度を制御することは第１の実施の形態と同じである。
本実施の形態の表示素子１は、第１、第２の実施の形態で用いた１次元の多層膜構造の表示素子１と異なり、図７のＸ軸、Ｚ軸の２軸方向で反射器として機能するので、第１〜第３の実施の形態に比べて表示装置の視野角を広げることができる。
【００２９】
［第５の実施の形態］
図８は本発明の第５の実施の形態に係る表示装置における表示素子と表面電極の構成を示す斜視図であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態における表示素子の別の構成を提供するものである。本実施の形態の表示素子１は、裏面電極２（図８では不図示）上に形成され、第１の透明誘電体１１と電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２とが交互に配置された３次元格子の構造を有している。３次元格子の格子縞は、表示装置の表示面（図８のＸ−Ｙ平面）と、表示面と垂直な２つの面（Ｘ−Ｚ平面、Ｙ−Ｚ平面）とに形成される。各表示素子１上には、それぞれ表面電極３が形成されている。
【００３０】
表示素子１は、３次元格子構造をとることで、特定波長を反射する反射器として機能する。制御回路５から電気配線４を介して各表示素子１の表面電極３と裏面電極２との間に電圧を印加することで、表示素子１で反射する光の波長を制御し、結果として反射光の強度を制御することは第１の実施の形態と同じである。
本実施の形態の表示素子１は、第１、第２の実施の形態で用いた１次元の多層膜構造の表示素子１や第４の実施の形態で用いた２次元格子構造の表示素子１と異なり、図８のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向で反射器として機能するので、表示装置の視野角を更に広げることができる。
【００３１】
なお、第４、第５の実施の形態の表示素子１を第３の実施の形態の部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに適用する場合には、第３の実施の形態と同様に、透明誘電体１１，１２の厚さは反射すべき光の波長に応じて決定され、２次元格子構造または３次元格子構造の部分表示素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの上に干渉フィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂが形成され、さらに干渉フィルタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの上に表面電極３が形成されることは言うまでもない。
【００３２】
また、第１〜第５の実施の形態では、第１の透明誘電体１１と電気光学効果を有する第２の透明誘電体１２の２種類の膜によって表示素子を構成しているが、これに限るものではなく、表示素子の構成要素として電気光学効果を有する透明誘電体が少なくとも１種類含まれていれば、異なる３種類以上の透明誘電体から表示素子を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、小型の情報端末等に搭載される表示装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の表示装置における表示素子と表面電極の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。
【図５】図４の表示装置における部分表示素子と干渉フィルタと表面電極の構成を示す斜視図である。
【図６】図４の表示装置において部分表示素子に電圧を印加した際の反射波長の変化を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る表示装置における表示素子と表面電極の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る表示装置における表示素子と表面電極の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ…表示素子、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ…部分表示素子、２…裏面電極、３…表面電極、４…電気配線、５…制御回路、６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ…干渉フィルタ、１１…第１の透明誘電体、１２…第２の透明誘電体。
【図１】
2005308787.tif 000003
【図２】
2005308787.tif 000004
【図３】
2005308787.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005308787.tif 000007
【図６】
2005308787.tif 000008
【図７】
2005308787.tif 000009
【図８】
2005308787.tif 000010