(57)【要約】【課題】  使用者の用途に応じて視野角を切り替えられ、かつメモリー性を備えた表示装置を提供すること。【解決手段】  基板と、基板面上に配置された少なくとも１種類の複数の粒子が内包された閉空間と、前記閉空間に入射した光を反射させる反射層を備え、前記複数の粒子を前記基板面方向に拡散させる、或は前記複数の粒子を前記閉空間の少なくとも一部に集積させることにより前記反射層における入射光の反射条件を変化させ、少なくとも明暗二つの表示状態を形成する粒子移動型表示装置において、画素ごとに視野角特性が設計された拡散反射手段を備える粒子移動型表示装置とする。【選択図】  図１
2007133013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板面上に配置された少なくとも１種類の複数の粒子が内包された閉空間と、前記閉空間に入射した光を反射させる反射層を備え、前記複数の粒子を前記基板面方向に拡散させる、或は前記複数の粒子を前記閉空間の少なくとも一部に集積させることにより前記反射層における入射光の反射条件を変化させ、少なくとも明暗二つの表示状態を形成する粒子移動型表示装置において、複数の画素により構成された画素群の各画素ごとに視野角特性が設計された拡散反射手段を備えることを特徴とする粒子移動型表示装置。
【請求項２】
前記拡散反射手段においては、前記画素群のうち少なくとも１つの画素が他の画素と異なる視野角特性を有することを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項３】
前記画素群において、特定の色を表示する画素のみ、他の画素とは異なる視野角特性を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項４】
白色を表示する画素のみ、他の画素よりも広視野角を有することを特徴とする請求項3に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項５】
前記画素群において、同一色を表示し、かつ視野角特性が異なる複数の画素を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項６】
視野角特性を切り替えて表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項７】
狭い視野角特性を有する画素のみを用いて表示を行うことを特徴とする請求項6に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項８】
広い視野角特性を有する画素のみを用いて表示を行うことを特徴とする請求項6に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項９】
複数の視野角特性を有する画素を用いて表示を行うことを特徴とする請求項6に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項１０】
前記複数の粒子が、帯電粒子であり絶縁性の液体中に分散されて、前記閉空間内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項１１】
少なくとも一つのカラーフィルターを有し、該カラーフィルターが前記反射層上の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１種類の粒子が、実質的に黒色であることを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項１３】
観察者側に前方散乱層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の粒子移動型表示装置。
【請求項１４】
前記反射層は前記基板上に形成された金属電極であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の粒子移動型表示装置。
【請求項１５】
前記基板は、互いに交差するように配置された走査線及び信号線と、該走査線と信号線との交差部近傍に配置されたスイッチング素子とを有し、前記金属電極は該スイッチング素子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の粒子移動型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子移動型表示装置及びその表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、PDA、電子ブックなどのモバイル機器においては多機能化が進んでおり、場所を選ばず電子メールの送受信、インターネットや写真の閲覧などができるようになってきている。ただし、このような持ち運びができる携帯端末においては、例えば電車や飛行機などでディスプレイの表示内容が操作者以外の第3者にのぞかれてしまう可能性があり、プライバシー上の問題を抱えている。また操作者が自由な姿勢でディスプレイに表示された文章や画像を見るために、必要に応じて視野角を広げたり、あるいは狭めたりする使い方への需要が高まってきている。その中で、例えば文献１にあるように、表示装置の視野角を選択的に切り替えられる携帯端末装置などが知られている。また視野角を制御するための技術としては液晶を使ったものが複数提案されており、例えば文献２で示されるような液晶表示装置が知られている。また携帯端末は、その用途から屋外で使用されることが多く、低消費電力かつ省スペースであることも望まれている。しかしこの点で、多くの液晶にはいわゆるメモリ性が無いため、表示期間中は液晶に対して電圧印加を行い続ける必要があり、一層の低消費電力化が課題となっている。一方メモリ性を有する液晶においても、屋外におけるさまざまな環境での使用を想定した場合の信頼性を確保することが難しく、未だ実用化には至っていない。
【０００３】
そこでメモリ性を有する薄型軽量ディスプレイ方式の一つとして、粒子移動型表示装置が知られている。例えば、粒子移動型表示装置の一つである電気泳動表示装置が挙げられる（文献３参照）。しかしながら従来の粒子移動型表示装置においては、操作者の使用状況に合わせて視野角特性を制御することが課題となっていた。
【特許文献１】特開2004-062094号公報
【特許文献２】特開平９-６２８９公報
【特許文献３】特許登録第3421494号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題を解決するものであり、その目的は、メモリ性を有し、かつ用途に応じて操作者が視野角範囲を調整できる機能を備えた粒子移動型表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、基板と、基板面上に配置された少なくとも１種類の複数の粒子が内包された閉空間と、前記閉空間に入射した光を反射させる反射層を備え、前記複数の粒子を前記基板面方向に拡散させる、或は前記複数の粒子を前記閉空間の少なくとも一部に集積させることにより前記反射層における入射光の反射条件を変化させ、少なくとも明暗二つの表示状態を形成する粒子移動型表示装置において、画素ごとに視野角特性が設計された拡散反射手段を備えた粒子移動型表示装置である。
【発明の効果】
【０００６】
以上で説明したように、本実施例の粒子移動型表示装置においては広視野角状態と狭視野角状態とをスイッチングすることが可能である。また粒子移動型表示装置にはメモリ性があるので、外部からの信号をオフにした状態であっても表示状態は維持されている。これにより、軽量薄型で低消費電力であり、また操作者の用途に応じて視野角を切り替えられる粒子移動型表示装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【０００８】
以下、本発明の粒子移動型表示装置の代表的な実施の形態について、図１及び図2を参照し説明する。
【０００９】
図１は本実施の形態における粒子移動型表示装置の一例を示した概略構成図である。図１においては、画素A101および画素B102を画素群とする画素群103を複数備え、各画素にはスイッチング素子（図示無し）を設え、そのスイッチング素子にゲートライン104とソースライン105とが接続している。ここで画素A101と画素B102は互いに異なる視野角特性を持つように設計されており、例えば画素A101の視野角は画素B102に比較して広い視野角特性を備えている。また個々の画素はそれぞれスイッチング素子を備えており、外部信号により独立に表示状態を制御することが可能である。
【００１０】
以上のような画素構成を備えた粒子移動型表示装置について、その表示動作を以下に説明する。
【００１１】
まず広視野角で表示を行うときには、画素群を構成する画素A101及び画素B102のソースライン105に表示信号を加え、画素A101の視野方向と画素B102の視野方向を合わせて任意の画像を形成する。一方で狭視野角の表示を行うときには、広い視野角特性をもつように設計された画素A101は黒レベル表示を行うような表示信号をソースライン105に加え、画素B102に表示信号を加える。なお、ここでは説明を簡便にするために2つの画素から構成される画素群103を例に挙げたが、本発明の本質はこれに制限されることはなく、さらに画素の数を増やして1つの画素群を構成しても良い。また広視野角表示においては、画素A101および画素B102の両方に表示信号を加えているが、操作者の用途に応じて、視野角の比較的狭い画素B102は黒レベル表示の信号を加えておくことにしても良い。また視野角モードを狭視野角と広視野角の2種類で説明したが、表示装置の用途に応じて、さらに多くの視野角モードを持たせても構わない。
【００１２】
次に上記のような視野角特性を備えた粒子移動型表示装置の画素構造の一例を説明する。ただし本発明においては、後方基板と前方基板との間に帯電粒子のみが包含されている場合と、さらに絶縁性液体に分散した粒子が包含されている場合において、本発明の本質は同じものであることから、以下では電気泳動表示装置の代表的な実施の形態について、図２を参照して説明する。
【００１３】
本実施の電気泳動表示装置は、図２にひとつの画素部分で代表して示すように、後方基板10上に薄膜トランジスタを備え、その上に感光性材料で構成される凹凸構造層13と金属製の反射電極11とからなる拡散反射手段を有し、反射電極11上に設けた絶縁層14の上で画素周囲に相当する領域に共通電極12が配置される。共通電極12上には、画素間を仕切るように配置された隔壁15が設けられている。後方基板10と対向して配置される前方基板20との間には絶縁性液体31内で分散された帯電粒子30を充填し、周辺を図示していないが後方基板10と前方基板20とは接着剤でシールし、密閉してある。なお上記拡散反射手段における視野角特性は、凹凸構造層13における凹凸形状を任意に設計することで制御が可能である。たとえば、凸部の傾斜角度、高さ、また後方基板10面内における凸構造の面積や形状、また個々の凸部あるいは凹部の配置方法などを調整する方法などがある。
【００１４】
次に表示動作について説明する。
【００１５】
ここでは絶縁性液体31は無色透明とし、帯電粒子30は黒色であるとする。また共通電極12は光吸収性を備えており、入射光が共通電極12で反射されることを防止している。前方基板20から入射した光は、絶縁性液体31に分布している帯電粒子30により吸収されるものと、絶縁性液体31を通過して反射電極11に達し、反射電極11面で反射された光が前方に向けられるものとがある。したがって観察者50は帯電粒子31の分布に応じて決められる所定の反射強度を視認できる。このようにして画素単位で制御した帯電粒子30の分布に応じ、表示をつくる。絶縁性液体31中の帯電粒子30の分布は、反射電極11と共通電極12に印加する電圧により制御される。たとえば絶縁性液体31に分散している帯電粒子30の帯電がプラス極性である場合、反射電極11にプラス極性の電圧を、共通電極12にマイナス極性の電圧をそれぞれ印加すると、帯電粒子30は共通電極12側に集合するので、前方から入射した光はほぼ反射電極11で反射される。これにより明るい画素を形成できる。一方、反射電極11にマイナス極性の電圧を、共通電極12にプラス極性の電圧をそれぞれ印加すると帯電粒子30は反射電極11を覆うように移動するので、入射光は帯電粒子30で吸収され、その画素は帯電粒子30の色味を表示することができる。上記実施の形態においては帯電粒子30が黒色なので、その画素は黒表示を形成する。また帯電粒子30がその他の色を帯びていれば、それに応じた色を表示することが可能である。また絶縁性液体31が任意の色に着色されていても良い。また図示はしないが、反射電極11上にカラーフィルターをパターニングする、あるいは前方基板にカラーフィルターをパターニングすることにより、カラー表示をすることもできる。
【００１６】
次に本実施の形態に係る薄膜トランジスタ（以下、TFT）を備えた電気泳動表示装置の製造方法の一例を説明する。
【００１７】
本実施の形態では、後方基板10には無アルカリガラスを用い、アルミニウム合金とモリブデンからなるゲート線41と窒化シリコンからなる層間絶縁層42を介してモリブデン合金からなるソース線45及びドレイン電極46がマトリクス状に配置し、ゲート電極41とソース電極45との交差部分にアモルファスシリコンから成る半導体層43及びP（リン）を高濃度でドープした半導体膜であるドープ層44からなるボトムゲート型TFTを形成している。またその上には窒化シリコンからなる無機の保護層47を形成している。この保護層47にはフォトレジストと所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射することで所定のレジストパターンを形成し、その後フッ素ガスを用いたドライエッチングにより保護層47をエッチングし、ドレイン電極46上に位置する保護層47にコンタクトホールを形成する。保護層47の上には、凹凸構造層13を形成する。凹凸構造層13の作製には、フォトレジストと所定のフォトマスクを用いて露光と、現像と、加熱によりメルトさせる手法とを採用する。またホットメルト前には、フォトレジストの架橋率を高めるために紫外線を照射する。その後、凹凸構造層13上に膜厚1000Åのアルミニウムを基板温度135℃の条件で成膜をし、フォトレジストと所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射することで所定のレジストパターンを形成し、その後燐酸系エッチング液でウェットエッチングし、反射電極11を形成する。この反射電極11はドレイン電極15と電気的に接続している。この反射電極22を含む全面に絶縁層14が積層される。絶縁層14上には、酸化クロムとクロムを連続蒸着し、フォトレジストと所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射することでレジストパターンを形成し、その後硝酸系エッチング液でウェットエッチングをし、共通電極12を反射電極11の周囲近傍に配置する。なお酸化クロムとクロムの積層膜はほぼ黒色になるようにそれぞれの膜厚を調整する。共通電極12上には、高粘度ネガ型レジストをパターニングし、高さ15μｍ、幅5μｍの隔壁15を形成する。その後、隔壁24で囲まれた各画素に所定の濃度で帯電粒子30を分散させた透明な絶縁性液体31を所定の分量で充填し、さらに前方基板20を隔壁15と密着させることで各画素に帯電粒子30を分散させた透明な絶縁性液体31を封止し、周辺を図示していないが後方基板10と前方基板20とは接着剤でシールしてある。アモルファスシリコンTFTを備えたアクティブマトリクスタイプの電気泳動表示装置を作製する。
【００１８】
ここで、絶縁性液体31としては、水、メタノール、エタノール、アセトン、ヘキサン、トルエン、長鎖アルキル基を有するベンゼン類等の芳香族炭化水素等又は、その他の種々の油類等の単独又はこれらの混合物に界面活性剤等を配合したものを用いることができる。また帯電粒子30は、分散媒中で電位差による電気泳動により移動する性質を有する有機あるいは無機の粒子であり、この帯電粒子30としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、三酸化アンチモン等の白色顔料、アゾ系顔料、その他着色顔料等の１種又は２種以上を用いることができる。さらにこれらの顔料には、必要に応じ、電解質、界面活性剤、樹脂、ゴム、油等の粒子からなる荷電制御剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン系カップリング剤等の分散剤、潤滑剤、安定化剤等を添加することができる。
【００１９】
（実施例１）
本実施形態にかかる粒子移動型表示装置は、図１に示すように、走査配線としてのゲートライン104と、信号配線としてのソースライン105と、図示はしないが付加容量（Ｃｓ）配線とを有している。Ｃｓ配線は、後述の反射電極11と重畳部で付加容量を形成するためのものであり（Ｃｓ ｏｎ Ｃｏｍ方式）、ゲートライン104と同時に形成される。ゲートライン104とソースライン105の交差部近傍には、スイッチング素子としてのボトムゲート型ＴＦＴ（図示なし）が形成される。上記ＴＦＴは、図２に示すように、ガラスでできた後方基板１0上に形成されたゲート電極41、層間絶縁層42、半導体層43、ドープ層44、ソース電極45及びドレイン電極46を備えている。また画素群103は画素A101と画素B102の2つの画素から構成されており、画素A101と画素B102とで視野角特性を異なるように設計している。具体的には画素B102に比べて画素A101は広い視野角特性をもつよう設定している。
【００２０】
また、図2で示した画素部分は、保護層47上に形成された凹凸構造層13、反射電極11、絶縁層14、共通電極１2、及び隔壁15を備えている。反射電極11の表面にはマイクロオーダーの凹凸が作れるように反射電極11の下に所望の形状に設計してある凹凸形状をもつ凹凸構造層13を配置している。反射電極11は厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Al）で形成され、凹凸構造層13にはコンタクトホールを介してＴＦＴのドレイン電極45に接続される。絶縁膜14は、透過率９０％、厚さ５００ｎｍの透明絶縁性樹脂からなり、反射電極11と共通電極12との間に配置されて２つの電極間を絶縁するものである。共通電極12は、厚さ1５０ｎｍの酸化クロムとクロムの2重膜からなり、絶縁膜14上に積層される。反射電極11の周囲近傍に形成された共通電極12は、表示のコントラストを向上させる目的でブラックマトリクスとしての機能も併せ持つようにする。つまり共通電極12で囲まれた領域が画素開口部に相当する。さらに本実施例における粒子移動型表示装置においては、後方基板10と前方基板20との間でカーボンブラックを含有した黒色の帯電粒子30を多数分散した透明な絶縁性液体31を充填し、絶縁性液体31中を電界に応じて帯電粒子30を移動させる電気泳動表示装置として構成されている。また上記凹凸構造層13は、図１で示した画素A101と画素B102とで異なる視野角特性をもつように凹凸形状を設計してある。なおこの凹凸構造層13は感光性レジストを用いて形成しており、その大きさは基板面内において直径１〜10μｍの6角形の凸パターンであり、この凸構造が画素エリアにおいて一定の周期で敷き詰められている。
【００２１】
上記の構成による粒子移動型表示装置の動作を以下に説明する。
【００２２】
上記粒子移動型表示装置では、外部から送出される各信号を選択的にＴＦＴに入力させることによって、オフィスやプレゼンテーション等の使用時には広視野角状態とし、飛行機や電車内での使用時には他人からは見えないように狭視野角状態とする。まず、広視野角状態とする場合には、画素群を構成する画素A101及び画素B102のソースライン105に表示信号を加え、画素A101の視野方向と画素B102の視野方向を合わせて任意の画像を形成する。また共通電極12は0Vの電圧を入力しておく。一方で狭視野角の表示を行うときには、広い視野角特性をもつように設計された画素A101は黒レベル表示を行うような表示信号をソースライン105に加え、画素B102に表示信号を加える。この場合、比較的視野角の狭い画素B102のみで画像を形成するため、視野角の狭い画像を表示することができる。また上述した表示状態は、入力信号をオフ状態にしていても、粒子移動型表示装置自体がメモリ性をもっているので、表示している画像が消えずに保持されている。
【００２３】
以上のように、本実施例の粒子移動型表示装置は、視野角特性の異なる画素で構成した画素群を備えており、また各画素の反射電極電位はTFTによりそれぞれ独立に制御できる。このため広視野角状態と狭視野角状態とをスイッチングすることが可能である。また粒子移動型表示装置にはメモリ性があるので、外部からの信号をオフにした状態であっても表示状態は維持されている。これにより、軽量薄型で低消費電力であり、また操作者の用途に応じて視野角を切り替えられる粒子移動型表示装置が得られる。
【００２４】
（実施例２）
本実施例は、４つの画素から構成される画素群をもつ粒子移動型表示装置である。４つの画素にはそれぞれ、実施例１と同様にしてTFTを備えてあり、外部信号により、それぞれの画素を独立に制御することが可能である。また本実施例における粒子移動型表示装置は、カラー表示を行うために、反射電極11上にカラーフィルターが設けている。図２にはカラーフィルターを図示していないが、配置する場所は絶縁層14と反射電極11の間に積層する。上記画素群は、赤、青、緑、白の色を表示できる画素で構成されており、赤、青、緑の画素には顔料を含有した樹脂材料から成るカラーフィルターが配置されている。また白色画素は他の３つの画素と比較して広い視野角をもつように、各画素の凹凸構造層が設計されている。
【００２５】
ところでこの白色画素の視野角特性の設計では、以下の事項を考慮している。白色画素は赤、青、緑の画素とは異なり、カラーフィルターがないので入射光に対する反射効率が比較的高くなる。このため白色画素の視野角特性を赤、青、緑の画素と同様にした場合には、画像全体が白ボケしやすい。このため白色画素では、表示の色バランスを取れるように調整して視野角特性を設計する。また実施例１と同様にして、操作者の用途に応じて視野角特性を制御した表示を行えるように、白色画素を含めた表示を行ったときの画像の視野角特性と比較して、赤、青、緑の画素のみでつくる表示はより狭い視野角特性としている。
【００２６】
上記の構成による粒子移動型表示装置の動作を以下に説明する。
【００２７】
上記粒子移動型表示装置では、外部から送出される各信号を選択的にＴＦＴに入力させることによって、オフィスやプレゼンテーション等の使用時には広視野角状態とし、飛行機や電車内での使用時には他人からは見えないように狭視野角状態とする。まず、広視野角状態とする場合には、画素群を構成する白色画素を含む全ての画素のソースラインに表示信号を加え、画素群に含まれる全ての画素の視野方向を合わせて任意の画像を形成する。
【００２８】
また共通電極12は0Vの電圧を入力しておく。一方で狭視野角の表示を行うときには、広い視野角特性をもつように設計された白色画素は黒レベル表示を行うような表示信号をソースラインに加え、その他の画素に表示信号を加える。この場合、比較的視野角の狭い画素のみで画像を形成するため、視野角の狭い画像を表示することができる。また上述した表示状態は、入力信号をオフ状態にしていても、粒子移動型表示装置自体がメモリ性をもっているので、表示している画像が消えずに保持されている。
【００２９】
以上のように、本実施例の粒子移動型表示装置は、視野角特性の異なる画素で構成した画素群を備えており、また各画素の反射電極電位はTFTによりそれぞれ独立に制御できる。さらには白色画素を備えることで、明るい広視野角状態と狭視野角状態とをスイッチングすることが可能である。また粒子移動型表示装置にはメモリ性があるので、外部からの信号をオフにした状態であっても表示状態は維持されている。これにより、軽量薄型で低消費電力であり、また操作者の用途に応じて視野角を切り替えられる粒子移動型表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る粒子移動型表示装置の構成を説明するための図
【図２】本発明に係る粒子移動型表示装置の画素構造を説明するための図
【符号の説明】
【００３１】
10  後方基板
11  反射電極
12  共通電極
13  凹凸構造層
14  絶縁層
15  隔壁
20  前方基板
30  帯電粒子
31  絶縁性液体
41  ゲート電極
42  層間絶縁層
43  半導体層
44  ドープ層
45  ソース電極
46  ドレイン電極
47  保護層
101  画素A
102  画素B
103  画素群
104  ゲートライン
105  ソースライン
【図１】
2007133013.tif 000003
【図２】
2007133013.tif 000004