(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気めっきを調光に利用した反射型表示装置であって、
光透過性を有する第１の電極と、
前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、
前記第１又は第２の電極と対向して配置された第３の電極と、
前記第１、第２及び第３の電極と接して配置された、金属イオンを含む電解質溶液と、
前記第１、第２及び第３の電極の間を流れる電流の向きを設定する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１の電極を陰極とし前記第２の電極を陽極として前記第１の電極に第１の色の第１の電気めっきを形成する第１の状態と、前記第２の電極を陰極とし前記第１の電極を陽極として前記第２の電極に前記第１の色とは異なる第２の色の第２の電気めっきを形成し前記第１の電気めっきがない第２の状態と、前記第３の電極を陰極とし前記第１及び第２の電極を陽極として前記第３の電極に第３の電気めっきを形成し前記第１及び第２の電気めっきがない第３の状態と、を設定することを特徴とする反射型表示装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１及び第２の状態において前記第３の電極を陽極とすることを特徴とする請求項１に記載の反射型表示装置。
【請求項３】
前記第１の電極の材料と前記第２の電極の材料とが異なることを特徴とする請求項２に記載の反射型表示装置。
【請求項４】
前記第１の電極に流れる電流の電流密度と、前記第２の電極に流れる電流の電流密度とが異なることを特徴とする請求項２に記載の反射型表示装置。
【請求項５】
前記第２の電極は光透過性を有し、前記第２の電極の前記第１の電極の側と反対側に、
特定の波長帯域の光を反射する反射体を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、特定の波長帯域の光を反射する材料からなる請求項１から４のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項７】
第１の基板に前記第２の電極が配され、光透過性を有する第２の基板に前記第１の電極が配されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項８】
前記第２の電極は複数ライン状に一方向に配され、前記第１の電極は複数ライン状に配された前記第２の電極と交差するように、複数ライン状に前記一方向と直角な方向に配されてなる請求項１から７のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項９】
前記第１の電極と第２の電極のうちの一方の電極がマトリックス状に配列され、
マトリックス状に配された前記一方の電極のそれぞれは第１のスイッチに接続され、前記制御手段により設定された電流密度の電流は前記第１のスイッチを介して流れ、
前記第１のスイッチの導通を制御する第２のスイッチを前記第１のスイッチの制御端子に接続してなり、
前記一方の電極、前記第１及び第２のスイッチは画素ごとに設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項１０】
前記第１の電極の前記第２の電極の側と反対側に、光を散乱させる層を有する請求項１から９のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項１１】
前記第１の電極は光を散乱させる凹凸形状を有する請求項１から９のいずれか１項に記載の反射型表示装置。
【請求項１２】
前記反射体は、誘電体多層膜である請求項５に記載の反射型表示装置。
【請求項１３】
光透過性を有する第１の電極と、前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、前記第１又は第２の電極と対向して配置された第３の電極と、前記第１、第２及び第３の電極と接して配置された、金属イオンを含む電解質溶液と、を含む反射型表示装置の駆動方法において、
前記第１の電極を陰極とし前記第２の電極を陽極として、前記第１の電極に第１の色の第１の電気めっきを形成する第１のモードと、
前記第２の電極を陰極とし前記第１の電極を陽極として、前記第２の電極に前記第１の色とは異なる第２の色の第２の電気めっきを形成し、前記第１の電極に第１の電気めっきがない状態とする第２のモードと、
前記第３の電極を陰極とし前記第１及び第２の電極を陽極として、前記第３の電極に電気めっきを形成し、前記第１及び第２の電極に前記第１及び第２の電気めっきがない状態とする第３のモードと、
を前記第１、第２及び第３の電極の間を流れる電流の向きを変えることで設定する反射型表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型表示装置及びその駆動方法に関し、特に電気めっきを調光に利用した反射型表示装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
視認性が高く消費電力の少ない表示装置として、電子ペーパーの開発が盛んである。電気的なめっきを利用した表示装置にカラーフィルターを組み合わせた例が特許文献１に記載されている。上記特許文献１では、作用電極と対極との間に、銀塩溶液が配され、作用電極の光入射側（作用電極の銀塩溶液配置側と反対側）にカラーフィルターが配され、対極の上（対極の銀塩溶液配置側の上）に白色背景板が配される構造である。作用電極に銀を析出させる場合には、カラーフィルターを介して入射した光を析出した銀で吸収する。一方、作用電極に銀を析出させない場合には、カラーフィルターを介して入射した光は作用電極を透過し、白色背景板を反射し、作用電極及びカラーフィルターを透過して、カラー表示を行う。
【特許文献１】特開平１１−１０１９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１では、入射光は、反射層で反射される前にカラーフィルターを経る構造であり、この構造で白を表示するためには、３原色分の画素が必要である。各画素は単色のみを反射し、入射光のうち、反射しない色成分は各画素のカラーフィルターで吸収される。例えば赤を反射する画素では青と緑の成分は吸収され、青を反射する画素では赤と緑の成分は吸収され、緑を反射する画素では青と赤の成分は吸収される。したがって白表示時、赤色の成分は青と緑の画素では吸収されており、青色の成分は赤と緑の画素では吸収されており、緑色の成分は赤と青の画素では吸収されている。いわば、赤色を反射する面積は表示装置面積の１／３である。このことは、緑、青についても同様である。このように、各色共の１／３の面積でしか反射されていないため、白表示時の全体の反射率は、各色の有効反射面積率だけでみても１／３しかないことになり、反射率の向上が望まれる。
【０００４】
本発明の目的は、白表示時の反射率が高く、カラー表示が可能な反射型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の表示装置は、電気めっきを調光に利用した反射型表示装置であって、光透過性を有する第１の電極と、前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、前記第１又は第２の電極と対向して配置された第３の電極と、前記第１、第２及び第３の電極と接して配置された、金属イオンを含む電解質溶液と、前記第１、第２及び第３の電極の間を流れる電流の向きを設定する制御手段と、を有する。そして、前記制御手段は、前記第１の電極を陰極とし前記第２の電極を陽極として前記第１の電極に第１の色の第１の電気めっきを形成する第１の状態と、前記第２の電極を陰極とし前記第１の電極を陽極として前記第２の電極に前記第１の色とは異なる第２の色の第２の電気めっきを形成し前記第１の電気めっきがない第２の状態と、前記第３の電極を陰極とし前記第１及び第２の電極を陽極として前記第３の電極に第３の電気めっきを形成し前記第１及び第２の電気めっきがない第３の状態と、を設定する。
【０００６】
また本発明の反射型表示装置の駆動方法は、光透過性を有する第１の電極と、前記第１の電極と対向して配置された第２の電極と、前記第１又は第２の電極と対向して配置された第３の電極と、前記第１、第２及び第３の電極と接して配置された、金属イオンを含む電解質溶液と、を備える反射型表示装置の駆動方法において、前記第１の電極を陰極とし前記第２の電極を陽極として、前記第１の電極に第１の色の第１の電気めっきを形成する第１のモードと、前記第２の電極を陰極とし前記第１の電極を陽極として、前記第２の電極に前記第１の色とは異なる第２の色の第２の電気めっきを形成し、前記第１の電極に第１の電気めっきがない状態とする第２のモードと、前記第３の電極を陰極とし前記第１及び第２の電極を陽極として、前記第３の電極に電気めっきを形成し、前記第１及び第２の電極に前記第１及び第２の電気めっきがない状態とする第３のモードと、を前記第１の電極、前記第２の電極及び前記第３の電極の間を流れる電流の向きを変えることで設定する反射型表示装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の表示装置を用いると、第１の電極と第２の電極には夫々異なる色の電気めっきを形成することができることから、第１の電極に析出される電気めっきの色である第１の色、及び第２の電極に析出される電気めっきの色である第２の色を表示できる。さらに第３の電極に集中的に電気めっきを析出することにより、第１及び第２の電極いずれにも電気めっきが析出されていない状態による、第３の色を表現できる。
【０００８】
第３の色は、第２の電極が特定の波長帯域の光を反射する物質である場合は第２の電極自体の色となり、また第２の電極が透明な物質である場合、第２の電極下に特定の波長帯域を反射する反射体を設けることにより、特定の色を表示できる。
【０００９】
より具体的な例としては、第１の色が白、第２の色が黒で、第２の電極が透明であり、反射体によって前記第３の色を決定する表示装置などが実現できる。第１の電極に第１の色である白色の電気めっきを析出している状態では、入射した光は波長選択をうけることなく反射されるため、高い反射率での反射が可能である。特に従来例と比較して、入射光はカラーフィルター等による吸収を受けずに全ての波長帯域に渡って反射されるため、高い反射率の白表示が得られる。同様に第２の色である黒色と、反射体による第３の色を表示できる。以上の状態を組み合わせることで、高い反射率での白表示が可能で、かつカラー表示が可能な表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施形態の反射型表示装置の断面図であり、これを用いて装置の構造を述べる。また、図７にパッシブマトリックス駆動をする場合の斜視図を示す。本実施形態の反射型表示装置はパッシブマトリックス駆動でもアクティブマトリックス駆動でもよい。図１はパッシブマトリックス駆動とアクティブマトリックス駆動との共通の構成を示す。
【００１１】
反射型表示装置は、表面を保護する透明な支持基板１と、透明な第１の電極２と、電解質溶液３を挟んで第１の電極２に対向する有色な第２の電極４と、第１の電極及び第２の電極と同一の電解質溶液に接する第３の電極５と、支持基板６とを備えている。電解質溶液３は金属イオンを含有している。支持基板１は第２の基板となり、支持基板６は第１の基板となる。支持基板間の間隔は、スペーサー３３によって一定に保たれる。スペーサー３３は円柱や球体、四角柱を含む任意の形状で作成される。支持基板１及び第２の電極２は透明であることが望ましいが、光透過性を有していればよいので半透明であってもよい。  
【００１２】
図７において、有色な第２の電極４は、支持基板６上に、複数ライン状に一方向（Ｘ方向とする）に配される。電極５は支持基板６上に、電極４と平行に複数ライン状に配される。なお、電極５は本実施形態では表示に寄与しないので、電極４よりも幅の小さい細線で形成する。ただし、電極５は、電極４に電気めっきを形成するときに、同じ電気めっきを形成することで、表示に寄与させることができる。
【００１３】
透明な第１の電極２は、透明な支持基板１上に、複数ライン状にＸ方向とは直角な方向（Ｙ方向とする）に、複数ライン状に配された第２の電極４と交差するように配される。
【００１４】
なお、電極４及び電極５の形状は図７に示す形状に限定されず、図１２（Ｂ）の平面図に示すように、電極４を「コ」の字状に囲うように一方に（Ｙ方向の一方に）「−」状（ライン状）の突き出し部を有するライン状の電極５を設けることができる。また図１２（Ｃ）の平面図に示すように、電極４を両側から囲うように、両側（Ｙ方向の両側）に「−」状（ライン状）の突き出し部を有するライン状の電極５を設けることができる。図１２（Ａ）は図７に示した電極４及び電極５の平面図である。電極５の走査は１ラインごとに選択して電流を流す走査をすることができるが、２ライン同時に選択して電流を流し、１ラインづつシフトする動作を行うこともできる。この動作では、例えば電極４から電極５へ電流を流す場合に、電極４から両側に設けられた２ラインの電極５へ電流を流すことができる。
【００１５】
図１２（Ａ）のように電極４の一辺にそって電極５を設ける構成、図１２（Ｂ）のように電極４を「コ」の字状に電極５で囲う構成、図１２（Ｃ）のように電極４の周囲を電極５で囲う構成は、アクティブマトリックス駆動型にも適用できる。ただし、アクティブマトリックス駆動型の場合には電極４及び電極５は画素ごとに設けられる。
【００１６】
アクティブマトリックス駆動型の反射表示装置の場合は、図８に示すように、電極４と電極５が画素ごとに配列され、電極４と電極５のそれぞれは薄膜トランジスタ等の第１のスイッチＴ１、第３のスイッチＴ３に接続される。電極２は共通電極とする。第２のスイッチＴ２、第４のスイッチＴ４はそれぞれ第１のスイッチＴ１、第３のスイッチＴ３の導通を制御する。第２のスイッチＴ２、第４のスイッチＴ４はそれぞれ第１のスイッチＴ１、第３のスイッチＴ３の制御端子（スイッチが電界効果トランジスタの場合はゲートとなる）に接続される。また、第２のスイッチＴ２、第４のスイッチＴ４の制御端子（スイッチが電界効果トランジスタの場合はゲートとなる）はそれぞれ走査線（スイッチが電界効果トランジスタの場合はゲート線となる）２８に接続される。第２のスイッチＴ２、第４のスイッチＴ４のオンオフ制御によりそれぞれデータ線２９からデータ信号が、第１のスイッチＴ１の制御端子及びコンデンサＣ１、第３のスイッチＴ３及びコンデンサＣ２に印加され、コンデンサＣ１、Ｃ２にデータ信号が蓄積される。第１から第４のスイッチは画素ごとに設けられている。第１及び第３のスイッチＴ１、Ｔ３のオンオフ制御により、設定された電流密度の電流が第１及び第３のスイッチを介して流れる。３１はグランド（ＧＮＤ）線である。
【００１７】
電極２を陰極とし電極４及び電極５を陽極として電流を流すと、電解質溶液３に含まれる金属イオンが電極２の表面に還元析出して、電極２に電気めっきが形成される（第１の電気めっきが形成される）第１の状態となる。これは第１のモードに対応する。この際、析出する電気めっきの色（第１の色）は電極２の組成や電解質溶液３の組成などの影響を受ける。例えば電極２がＩＴＯであり、電解質溶液３が銀イオン溶液である場合、黒色の電気めっきを形成することができ、表面からは黒色が視認される。
【００１８】
また、電極４を陰極とし電極２及び電極５を陽極として電流を流すと、電解質溶液３に含まれる金属イオンが電極４の表面に還元析出して、電極４に電気めっきが形成される（第２の電気めっきが形成される）第２の状態となる。これは第２のモードに対応する。この際、析出する電気めっきの色（第２の色）は電極４の組成や電解質溶液３の組成などの影響を受ける。例えば電極４がＴｉＮであり、電解質溶液３が銀イオン溶液である場合、白色の電気めっきを形成することができ、表面からは白色が視認される。
【００１９】
また、電極５を陰極とし電極２及び電極４を陽極として電流を流すと、電解質溶液３に含まれる金属イオンが電極５の表面に還元析出して、電極５に電気めっきが形成される（第３の電気めっきが形成される）第３の状態となる。この際、電極２及び電極４の表面に析出している電気めっきも全て溶解し、電極２及び電極４には電気めっきが形成されていない状態となるため、表面からは電極４の色が視認される。これは第３のモードに対応する。
【００２０】
上述した動作は図９、図１０及び図１１に示す３つの電極間において電流の流れる向き（方向）を制御する制御回路（制御手段となる）を用いて、電極２、電極４及び電極５に２種類の電圧を切り換えて印加すればよい。すなわち、電極２を陰極とし電極４及び電極５を陽極として電流を流す場合には、電極２をＧＮＤ、電極４及び電極５を電圧Ｖに設定する。電極４を陰極とし電極２及び電極５を陽極として電流を流す場合には、電極４をＧＮＤ、電極２及び電極５を電圧Ｖに設定する。また、電極５を陰極とし電極２及び電極４を陽極として電流を流す場合には、電極５をＧＮＤ、電極２及び電極４を電圧Ｖに設定する。
【００２１】
電極４は材料そのものの色を利用しても良く、又は積層構造による選択反射を利用しても良い。例えば電極４をＴｉＮとＡｌＣｕの積層構造で形成した場合、干渉によって、ＴｉＮの膜厚によって反射色を調節できる。
【００２２】
また電極４を透明の材料で構成し、支持基板６に有色の物質を配置しても（電極４の電極２の対向側と反対側に配置する）同様の効果が得られる。
【００２３】
以上の説明では、電極材料により電気めっきの色を規定したが、電気めっきの色は、電流密度によっても制御が可能である。例えば電極をＩＴＯで構成し、該ＩＴＯ表面に亜鉛を電気めっきする場合、３０ｍＡ／ｃｍ２程度の低い電流密度で電気めっきを形成すると白色の電気めっきが析出するが、１００ｍＡ／ｃｍ２で電気めっきを形成すると黒色の電気めっきが析出する。これを利用して、電極２に黒色の電気めっきを形成し、電極４に白色の電気めっきを形成することができる。
【００２４】
この現象は拡散限界電流密度の概念を用いて、次のように説明される。電気めっき液と接する電極表面の電気二重層に注目すると、電気二重層内の金属イオン濃度は、電析による消費と、溶液内部からの拡散による供給の、バランスによって規定される。イオンの消費速度は電流密度に比例する。充分低い電流密度では、イオンの消費よりも拡散による供給が優っているため、イオンは電極表面近傍に豊富に存在し、電気めっきの表面エネルギーを極小にするサイトから優先的に電析する。結果として、電気めっきは平滑になり、白色の金属ならば、白色を呈することになる。しかしある電流密度では、イオンの消費速度が供給速度と等しくなる。この電流密度を拡散限界電流密度と称する。拡散限界電流密度では、電気二重層内のイオン濃度はほぼゼロとなり、電気二重層は常にイオン欠乏状態にあるため、拡散によって供給されたイオンは、析出サイトを選択する余地も無く、すぐに電析することになる。結果、電気めっきは疎になり、黒色を帯びる。このように黒色を帯びる現象は拡散限界電流密度に近い電流密度でも生ずる。
【００２５】
拡散限界電流密度は色で判断することができ、電流密度を徐々に高めて拡散限界電流に近づくと、電気めっきが粗くなり、結果として黒くなる。電気めっきの色が黒色になった電流密度を拡散限界電流密度又はそれに近い電流密度とすることができる。このように、拡散限界電流密度色の変化は目視でも明らかに判断できるが、さらに反射率を測定することで定量化することができる。電気めっきが黒くなった電流密度を超えてさらに電流密度を上げていくと電気めっきが起こらなくなり、液中に粉が発生する。したがって、電気めっきを黒色とする場合、電流密度を、拡散限界電流密度と同じ値、又は拡散限界電流密度より低くかつ拡散限界電流密度に近い値に設定することが望ましい。
【００２６】
このように、電流密度を変えることで、白色、黒色の電気めっきを形成することができる。すなわち、電極２、電極４を共にＩＴＯとし、電極２を陰極とし電極４と電極５を陽極として、拡散限界電流密度又はそれに近い電流密度の電流を流すことで、電極２に電気めっきが形成され、表面が黒色となる。一方、電極４を陰極とし電極２及び電極５を陽極として拡散限界電流密度より十分低く電流を流すと、電極４に電気めっきが形成され、表面が白色となる。
【００２７】
上記の動作を実現するには、電極２を陰極とし電極４及び電極５を陽極として電流を流す場合には、電極２をＧＮＤ、電極４及び電極５を電圧Ｖ２に設定する。電極４を陰極とし電極２及び電極５を陽極として電流を流す場合には、電極４をＧＮＤ、電極２及び電極５を電圧Ｖ２よりも低い電圧Ｖ１（＜Ｖ２）に設定する。また、電極５を陰極とし電極２及び電極４を陽極として電流を流す場合には、電極５をＧＮＤ、電極２及び電極４を電圧Ｖ１又はＶ２に設定する。
【００２８】
電極２の表面で形成又は消滅される電気めっき、及び電極４の表面で形成又は消滅される電気めっきは、その膜厚を調整することで、光の透過率、又は反射率を調節する機能を有する。以後は一例として、電極２の表面に形成される電気めっきを黒色として、光の吸収率を０〜１００％の範囲で調整する第１の調光層、電極４の表面に形成される電気めっきを白色として、光の反射率を０〜１００％の範囲で調整する第２の調光層と称する。
【００２９】
電気めっきによって電解析出する金属が、電気めっきが形成される電極と異なる材料で構成されている場合、外部から印加される電圧によって作用電極上で金属イオンが還元されて析出しても、対極上にも溶液中の陰イオンが酸化されて析出する。よって、電圧の印加を止め、電極が電気的にフローティング状態になると、これらが相互に酸化還元反応をして、金属イオンは再び溶液中に溶解する。したがって表示状態を維持するためには外部から電圧をかけつづけなくてはならず、表示時の消費電力が増大することになる。一方、本実施形態では、電極２、４、５のうち少なくとも１つに、電気めっきによって析出される金属元素と同じ金属元素を含有させることで、上記課題を解決している。例えば、電解質溶液３が銀イオン溶液であり、第３の電極５として銀を用いることにより、電圧の印加を止め、電極が電気的にフローティング状態にしても相互に酸化還元反応を起こすことなく析出状態が保持される。すなわち、電気めっきによって電解析出される金属を含んで成る第３の電極は、電気めっき析出時に陽極として用いることによって、第３の電極の金属が酸化されて溶解する反応が起こる結果、溶液中の陰イオンの電析を抑制できる。そのため陽極からの金属溶解と陰極への電析以外の反応、例えば陽極に気泡が発生するなどの副反応がなく、陽極及び陰極の電極は、電気めっきを析出する前と後で共に化学的に安定な状態を保つ。また、第３の電極が電気めっきによって電解析出される金属と同じ金属元素を含有することにより、電極が電気的にフローティング状態になったときでも、第１及び第２の電極にめっきされた該金属元素が再溶解することがほとんどない。また、第１の電極は実質的に透明であれば、金属の薄膜や、金属の網構造や櫛歯構造を用いることもできるので、第１の電極が、電気めっきによって析出される金属元素と同じ金属元素を含んでもよい。また第２の金属が、電気めっきによって析出される金属元素と同じ金属元素を含んでいてもよい。すなわち、本実施形態においては、第１から第３の電極のうちの１つ若しくは２つ、又は全部が、電気めっきによって析出される金属と同じ金属元素を含む。
【００３０】
図２は、本発明の反射型表示装置を用いてフルカラー表示をする場合の模式図であり、反射要素１７、１８、１９の反射する波長帯域がそれぞれ赤、青、緑のものを並べた構成になっている。
【００３１】
図２において、１７，１８，１９は赤、緑、青の波長帯域を反射する反射要素である。反射要素は電極４自体を反射要素とする場合は例えば電極４がＴｉＮ／ＡｌＣｕの積層膜で赤、青、緑の反射体を構成することができる。反射要素は電極４が透明な場合は、支持基板６が有色である構成や、支持基板６上に赤、青、緑の反射体を設ける構成で実現できる。支持基板６が有色である場合の例として、例えば支持基板に赤色セラミックを用いることができる。その場合、支持基板上に赤の反射体を設ける必要は無く、青と緑の反射体を設けるだけで良い。
【００３２】
１１，１３，１５は、光の吸収率を０〜１００％の範囲で制御する第１の調光層であり、１２，１４，１６は光の反射率を０〜１００％の範囲内で制御する第２の調光層である。また、第１の調光層の透過率をＴ１，反射率をＲ１，吸収率をＡ１とし、第２の調光層の透過率，反射率、吸収率をＴ２，Ｒ２，Ａ２とすると、それぞれ、以下の式１，２が成り立つ。
Ｔ１＝１−Ａ１−Ｒ１  （式１）
Ｔ２＝１−Ａ２−Ｒ２  （式２）
Ｒ１〜０，Ａ２〜０なので、式１，２は式３，４で近似される。
Ｔ１＝１−Ａ１  （式３）
Ｔ２＝１−Ｒ２  （式４）
【００３３】
入射光強度を１として、反射要素での反射率をＲｃとすると、多重反射を無視して、反射光強度Ｉは式５に従う（図３参照）。図３において、２３は第１の調光層の反射面、即ち、電気めっきの反射面、２４は第２の調光層の反射面、即ち、電気めっきの反射面、２５は反射要素の反射面を示す。
Ｉ＝Ｔ１２・Ｒ２＋Ｔ１２・Ｔ２２・Ｒｃ＝（１−Ａ１）２・Ｒ２＋（１−Ａ１）２・（１−Ｒ２）２・Ｒｃ  （式５）
【００３４】
該装置により、カラー表示と黒表示、及び反射率の高い白表示ができることを、以下で順次説明する。
【００３５】
まず、特定の色、例えば赤を表示する場合、赤の波長帯域を反射する反射要素１７の上の第１の調光層１１及び第２の調光層１２を共に透過状態、即ちＴ１＝Ｔ２＝１の状態にする。また、青、緑の波長帯域を反射する反射要素１８，１９の上の第１の調光層１３，１５を吸収状態にする。第２の調光層１４，１６は反射状態でも透過状態でも良い。Ｒｃ＝０．３３として、これらを表１にまとめる。表１は、赤、緑、青の反射要素１７，１８，１９を有する画素それぞれについて、第１の調光層の吸収率、第２の調光層の反射率、及び式５によって算出される反射光強度Ｉをまとめた表である。
【００３６】
【表１】
0005300347.tif 000002
【００３７】
入射光は赤の波長帯域を反射する反射要素１７の上の調光層１１、１２は透過して、反射要素１７で赤色が反射される。調光層１３、１５は入射光を吸収し、反射も透過もしないため、青と緑の画素は黒色となる。結果、赤い色のみが反射され、赤表示となる。
【００３８】
同様に、白を表示する場合の調光層状態を表２にまとめる。白表示時には全ての入射光を調光層で反射するため、白表示となる。すなわち、本実施形態によれば、白表示時には入射光はカラーフィルター等による吸収を受けることがなく、全て反射されるため、高い反射率の白表示を実現できる。同様に、黒を表現する場合の構成を表３にまとめる。
【００３９】
【表２】
0005300347.tif 000003
【００４０】
【表３】
0005300347.tif 000004
【００４１】
同様に、白から黒への諧調表示も可能である。調光層の透過率をｎ（０＜ｎ＜１）とする場合、反射率ｎ２の白、即ち灰色を表現することは、表４のように調整することで可能である。
【００４２】
【表４】
0005300347.tif 000005
【００４３】
また、表４と異なり、Ｒ２＝１でなくとも灰色を表現できる。表５は、式５により、ｎ２×０．３３の反射率の灰色である。
【００４４】
【表５】
0005300347.tif 000006
【００４５】
特定色の諧調表現も可能である。例えば反射率０．３３ｎ２の赤色を表現する場合は、表６のように調整する。表６は、式５により、反射率０．３３ｎ２の赤表示となる。  
【００４６】
【表６】
0005300347.tif 000007
【００４７】
以上のような組み合わせによって、カラー表示ができ、かつ白表示時の反射率の高い表示を実現できる。なお、上記の組み合わせは一例であり、必ずしもこれに限定されるものではなく、さらに多様な組み合わせが為されても良い。
【００４８】
本実施形態の反射型表示装置の画素サイズは、特に限定されず用途に応じて適宜設定されるが、例えば画素サイズは１０μｍ程度から数十ｍｍに設定することができる。
【００４９】
なお本実施形態では、画素を区切るバリアを設けていないが、必要に応じてかかるバリアを設けてもよい。ただし、画素間にかかる電圧がある「臨界電圧」以下であれば電気めっきの析出は起こらず、隣接画素の影響が出ないように設定できる。これは例えば特開２００４−１７０８５０号公報にも記載されている。
【実施例１】
【００５０】
本実施例では図１を用いて具体的な装置構造を説明する。支持基板１には厚さ０．７ｍｍのガラスを用い、第１の電極２としてスパッタリング法により成膜した厚さ１５０ｎｍのＩＴＯを用いる。電解質溶液３としてジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を溶媒とし、メッキ種として臭化銀を５００ｍｍｏｌ／Ｌ、支持電解質としてテトラブチルアンモニウムブロマイド（ＴＢＡＢ）を１ｍｏｌ／Ｌと、光沢剤を含む溶液を用いる。画素サイズは０．７ｍｍ×０．７ｍｍとし、電解質層３の厚さは０．１ｍｍとする。第２の電極４として、ＡｌＣｕ３００ｎｍの上にＴｉＮ３０ｎｍ積層した膜を用いる。膜は干渉によって黄色を呈する。第３の電極５として銀を用いる。支持基板６にはガラスを用いる。
【００５１】
第１の電極２を陰極とし、第２の電極４及び第３の電極５を陽極として１．５Ｖの電位をかけると１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、黒色の電気めっきが第１の電極表面に形成されるため、表面からは黒色が視認される。また、第２の電極４を陰極とし第１の電極２及び第３の電極５を陽極とする１．５Ｖの電位をかけると、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、電極４上に白い電気めっきが形成されるため、表面からは白色が視認される。また、第３の電極５を陰極とし第１の電極２及び第２の電極４を陽極とする１．５Ｖの電位をかけると１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、第３の電極５に電気めっきが析出される。そして、電極２及び電極４表面の電気めっきが溶解して消滅するため電極４による干渉色の黄色が視認される。
【００５２】
上記の酸化還元反応は、陰極側は  Ａｇ＋＋ｅ−→Ａｇであり、陽極側はＡｇ→Ａｇ＋＋ｅ−であって、銀は両極間を移動するのみであり、そのため電極を電気的にフローティングにしても酸化還元反応によって銀が再溶解することがほとんどない。電解質溶液３中の銀イオンは常に飽和状態であるので、電圧を印加しなくとも銀の移動は起こらない。電力消費を伴わず長時間に渡って表示を維持することが可能となり、消費電力の少ない表示装置を実現することができる。また、電解質溶液中の銀イオン濃度が常に飽和濃度となるために、画素間に隔壁が不要な構造であり、製造が容易である。
【００５３】
実施例１において、表面を保護する透明な支持基板１には、ガラス以外にも、樹脂をはじめとする透明な固体を用いることができる。第２の電極４をＩＴＯの透明電極として、電極の下に反射体を設けることで任意の色を表示できる。反射体として、図示しない着色した紙と図示しない厚さ０．１ｍｍのガラス板をこの順に支持基板６上に積層して用いることができる。
【００５４】
第１の電極２及び第２の電極４には、透明な電極として、ＩＴＯ以外にも、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）や酸化亜鉛、酸化チタン、その他の導電性透明物質を用いることができる。また、実質的に透明であれば、金属の薄膜や、金属の網構造や櫛歯構造を用いることもできる。第３の電極５には、析出される電気めっきと同種の導体の純物質を用いることができる他、電気めっきによって析出される金属と他の物質（例えば白金、炭素、金、ＩＴＯなど）との混合物、合金、積層物、複合体などを用いることができる。基板間の間隔は、スペーサー３３によって一定に保たれる。スペーサー３３は円柱や球体、四角柱を含む任意の形状で作成される。
【実施例２】
【００５５】
実施例１の反射型表示装置の反射体を赤、緑、青の３色の反射板とし、ベイヤー配列でマトリックス状に配置することで、カラー表示が可能な反射型表示装置を形成する。画素の駆動は交差電極を用いたパッシブマトリックス駆動でもよく、トランジスタを用いたアクティブマトリックス駆動でも良い。アクティブマトリックス駆動の場合の等価回路を図８に示す。電極４と電極５を１組として１画素とし、電極４，５を独立に駆動することで表示を行う。画素の駆動はトランジスタを用いたアクティブマトリックス駆動で行う。なお、反射板の色配列はベイヤー配列に限るものではない。配色も上記に限るものではなく、シアン、マゼンダ、イエローの構成でも良い。また、駆動は交差電極を用いたパッシブマトリックス駆動でもよい。
【実施例３】
【００５６】
図４は本実施例の反射型表示装置の断面構造を示す模式図であり、これを用いて本実施例の説明を行う。図４は、図１に拡散シート２６（光を拡散させる層となる）を加えた構成である。拡散シート２０により、図１の表示装置よりも視野角が拡大し、より紙に近く、見易い表示が可能となる。
【００５７】
拡散シートを配置する位置は最表面に限らず、電気めっきよりも表面側であればどこでも良い。また材料も拡散シートに限定するものではなく、他の部材が拡散の機能を兼ねても良い。例えば支持基板１や第１の電極２に光拡散効果を有する構造でも良い。
【実施例４】
【００５８】
図５は本実施例の反射型表示装置の断面構造を示す模式図であり、これを用いて本実施例の説明を行う。実施例３と同様の効果を得るために、図１の透明電極２の、電解質溶液３と接する面に、フォト工程とウエットエッチングで０．０５ｍｍピッチの凹凸形状のパターンを形成する。その他は図１と同様である。該凹凸を有する透明電極２に、光を反射する電気めっきを形成すると、光は該凹凸で散乱されるため、紙に近い良質な白表示が可能となる。なお、凹凸形状のパターンは光を散乱する機能があればよく、ピッチサイズ・配列・電極材料等が上記に限定されないのは言うまでもない。
【実施例５】
【００５９】
図６は本実施例の反射型表示装置の断面構造を示す模式図であり、これを用いて本実施例の説明を行う。図６は図１と同様の構成であるが、第２の電極４を透明な材料で形成し、支持基板６と第２の電極４の間に、反射体として、特定の波長帯域を反射するように構成した多層膜２７を配置する。反射すべき波長λに対して、ｎ・ｄ＝ｍ・λ／２（ｎは屈折率、ｄは膜厚、ｍは整数）になる膜厚で屈折率の異なる膜を積層することにより、良好な選択反射が可能である。
【００６０】
一例として、波長４５０ｎｍの青色を反射するには、厚さ３０８ｎｍシリカ（屈折率１．４６）と厚さ１８０ｎｍのチタニア（屈折率２．５）を交互に３層積み重ねることで良好に反射できる。
【００６１】
また、波長５５０ｎｍの緑は３７７ｎｍのシリカと２２０ｎｍのチタニアを３層積み重ねることで反射できる。
【００６２】
また、波長７００ｎｍの赤は４７９ｎｍのシリカと２８０ｎｍのチタニアを３層積み重ねることで反射できる。
【００６３】
所望の画素に所望の反射特性を持たせるためには、フォトリソグラフィーとエッチングを用いることができる。無論、誘電体多層膜の材料及び厚さはこれに限定されるものではなく、必要な帯域に合わせて選定できる。
【実施例６】
【００６４】
本実施例においても、図１を用いて具体的な装置構造を説明する。支持基板１には厚さ０．７ｍｍのガラスを用い、第１の電極２としてスパッタリング法により成膜した厚さ１５０ｎｍのＩＴＯの上にＳｎＯ２を８００ｎｍ積層した膜を用いる。膜は無色透明である。電解質溶液３として炭酸プロピレンを溶媒とし、メッキ種として硫酸銀を３３．３ｍｍｏｌ／Ｌ、支持電解質としてテトラブチルアンモニウムブロマイド（ＴＢＡＢ）を０．２６７ｍｏｌ／Ｌと、光沢剤を含む溶液を用いる。画素サイズは０．７ｍｍ×０．７ｍｍとし、電解質層３の厚さは０．１ｍｍとする。第２の電極４として、スパッタリング法により成膜した厚さ１５０ｎｍのＩＴＯを用いる。第３の電極５として銀を用いる。支持基板６にはガラスを用いる。第１の電極２、電解質溶液３、第２の電極４を積層したセルの光透過率は７９％であった。
【００６５】
第１の電極２を陰極とし、第２の電極４及び第３の電極５を陽極として１．５Ｖの電位をかけると１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、黒色の電気めっきが第１の電極２の表面に形成されるため、表面からは黒色が視認される。また、第２の電極４を陰極とし第１の電極２及び第３の電極５を陽極とする１．５Ｖの電位をかけると、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、電極４上に白い電気めっきが形成されるため、表面からは白色が視認される。また、第３の電極５を陰極とし第１の電極２及び第２の電極４を陽極とする１．５Ｖの電位をかけると１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、第３の電極５に電気めっきが析出される。そして、電極２及び電極４表面の電気めっきが溶解して消滅するためセルの背面にある物の色が視認される。背面にカラー反射体を設けた場合は、カラー反射体の色が視認される。その他の構成は実施例１と同様であるため詳細な説明は割愛する。
【実施例７】
【００６６】
本実施例においても、図１を用いて具体的な装置構造を説明する。支持基板１には厚さ０．７ｍｍのガラスを用い、第１の電極２としてスパッタリング法により成膜した厚さ１５０ｎｍのＩＴＯを用いる。膜は無色透明である。電解質溶液３として炭酸プロピレンを溶媒とし、メッキ種として硫酸銀を３３．３ｍｍｏｌ／Ｌ、支持電解質としてテトラブチルアンモニウムブロマイド（ＴＢＡＢ）を０．２６７ｍｏｌ／Ｌと、尿素を５０ｍｍｏｌ／Ｌと、光沢剤を含む溶液を用いる。画素サイズは０．７ｍｍ×０．７ｍｍとし、電解質層３の厚さは０．１ｍｍとする。第２の電極４として、スパッタリング法により成膜した厚さ１５０ｎｍのＩＴＯの上にＳｎＯ２を８００ｎｍ積層した膜を用いる。第３の電極５として銀を用いる。支持基板６にはガラスを用いる。第１の電極２、電解質溶液３、第２の電極４を積層したセルの光透過率は７９％であった。
【００６７】
第１の電極２を陰極とし、第２の電極４及び第３の電極５を陽極として１．５Ｖの電位をかけると１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、白色の電気めっきが第１の電極２の表面に形成されるため、表面からは白色が視認される。ここで、電解質溶液３として尿素を添加すると、水分耐性が向上し、より安定に白い電気めっきを形成することができる。また、第２の電極４を陰極とし第１の電極２及び第３の電極５を陽極とする１．５Ｖの電位をかけると、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、電極４上に黒い電気めっきが形成されるため、表面からは黒色が視認される。また、第３の電極５を陰極とし第１の電極２及び第２の電極４を陽極とする１．５Ｖの電位をかけると１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、第３の電極５に電気めっきが析出される。そして、電極２及び電極４表面の電気めっきが溶解して消滅するためセルの背面にある物の色が視認される。背面にカラー反射体を設けた場合は、カラー反射体の色が視認される。その他の構成は実施例１及び実施例６と同様であるため詳細な説明は割愛する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、白表示時の反射率が高く、カラー表示が求められる表示装置、例えば、広告装置、デジタルカメラ等の写真を表示する画像表示装置、メッセージボード、電子ペーパー等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による反射型表示装置の基本構成図である。
【図２】本発明の実施態様を示す断面図である。
【図３】本発明による反射型表示装置の表示の原理を示す模式図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す断面図である。
【図７】パッシブマトリックス駆動をする場合の反射型表示装置の斜視図を示す図である。
【図８】本発明による反射型表示装置のアクティブマトリックス駆動をする場合の回路構成図である。
【図９】電流の流れる方向を制御する制御回路を示す回路図である。
【図１０】電流の流れる方向を制御する制御回路を示す回路図である。
【図１１】電流の流れる方向を制御する制御回路を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  表面を保護する透明な支持基板
２  第１の電極
３  電解質溶液
４  第２の電極
５  第３の電極
６  支持基板
１１  光を吸収する調光層
１２  光を反射する調光層
１３  光を吸収する調光層
１４  光を反射する調光層
１５  光を吸収する調光層
１６  光を反射する調光層
１７  赤を反射する層
１８  緑を反射する層
１９  青を反射する層
２３  第１の調光層
２４  第２の調光層
２５  反射体
２６  拡散シート
２７  誘電体多層膜
【図１】
0005300347.tif 000008
【図２】
0005300347.tif 000009
【図３】
0005300347.tif 000010
【図４】
0005300347.tif 000011
【図５】
0005300347.tif 000012
【図６】
0005300347.tif 000013
【図７】
0005300347.tif 000014
【図８】
0005300347.tif 000015
【図９】
0005300347.tif 000016
【図１０】
0005300347.tif 000017
【図１１】
0005300347.tif 000018
【図１２】
0005300347.tif 000019