(57)【要約】【課題】    高精度の加工を要さず、表示領域の面積占有率の高い、横方向電界を利用した表示装置を提供する。【解決手段】    表示装置は、それぞれ複数の表示領域を有する、積層された複数の表示層を有し、各表示層の表示領域が、協同してドットマトリクスを構成する。好ましくは、各表示層が、対向基板と、対向基板の一方の上に形成され、それぞれ複数の表示領域を含んで第１の方向に延在し、第１の方向と交差する第２の方向に沿って並列に配置された、複数の第１の電極と、対向基板の他方の上に形成され、それぞれ複数の表示領域の周囲を囲みつつ、第２の方向に延在し、第１の方向に沿って並列に配置された、複数の第２の電極と、各表示領域を囲むように、対向基板間に配置され、対向基板間距離を画定するリブと、対向基板と前記リブとによって画定される各空間に収容された作動媒質と、を有し、基板、電極、リブが、他層の表示を透過すべきものは透明である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数の表示領域を有する、積層された複数の表示層を有し、
前記各表示層の表示領域が、協同してドットマトリクスを構成する表示装置。
【請求項２】
前記各表示層が、
対向基板と、
前記対向基板の一方の上に形成され、それぞれ複数の表示領域を含んで第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って並列に配置された、複数の第１の電極と、
前記対向基板の他方の上に形成され、前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に沿って並列に配置された、複数の第２の電極と、
前記各表示領域を囲むように、対向基板間に配置され、対向基板間距離を画定するリブと、
前記対向基板と前記リブとによって画定される各空間に収容された作動媒質と、
を有し、
前記基板、前記電極、前記リブが、他層の表示を透過すべきものは透明である請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記複数の表示層が４層である請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記４層の表示層の表示領域が正方行列を構成し、各表示層において、前記第１の方向及び第２の方向に１つおきに配置されている請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の表示層が２層である請求項２記載の表示装置。
【請求項６】
前記２層の表示層の各々が、前記第１の方向にそって１つおきの表示領域を構成する請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
前記基板がプラスチック基板である請求項２〜６のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項８】
前記リブが、低融点ガラス、又はプラスチックを用いて形成されている請求項２〜７のいずれか１項記載の表示装置。  
【請求項９】
前記作動媒質が、液晶よりなる誘電性流体に微粒子を分散させた媒質である請求項２〜８のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１の電極の少なくとも前記表示領域上に配置されたエレクトロクロミック材料層、
をさらに有し、前記作動媒質が電解質を含む請求項２〜８のいずれか１項記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関し、特に電気的に制御可能な薄型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型表示装置として、液晶表示装置やプラズマ表示装置が知られている。これらの表示装置は、高精細な動画像及び静止画像を表示することができるが、製造原価は高く、表示に電力を必要とする。折り曲げることはできない。紙の代わりのような、より簡便に利用できる静止画表示装置に対する要求もある。
【０００３】
液晶などの誘電性流体に粒子を分散させ、横方向電界により粒子の分布状態を制御する表示装置が知られている。対向基板上に横方向電界を発生する電極を形成し、逆方向の電界を印加することにより表示を切り替えることができる。表示領域内に粒子が存在する状態では、入射光が粒子で反射、散乱され、粒子の色に従った白表示、黒表示などを行う。表示領域外に粒子が存在する状態では、入射光は透過する。対向基板外に光吸収板や反射板を配置しておくと、入射光が吸収、反射され、黒表示、白表示などを行うことができる。ドットマトリクス状に分布した表示領域ごとに白表示、黒表示を選択することにより、任意形状の表示が可能である。このような表示装置は、メモリ性を有し、電界をオフにしても表示を維持する。流体の動きにより微粒子の位置を制御するＭＦＰＤ(mobile fine particle display)や、電気泳動を利用する装置などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９８５５６号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４６２３号公報  エレクトロクロミック技術でも、電気的に反射率、透過率を制御できる。構成としては、液晶表示装置等とほぼ同じ構成を利用でき、表示領域の一方の電極上にエレクトロクロミック材料層を形成し、媒質として電解質を用いる。
【０００５】
これらの表示装置は、紙の様に薄く、電源を切り離しても表示を維持できる表示装置を実現する可能性を有する。プラスチック基板を用いることにより、ある程度までの折り曲げも可能となることが期待される。
【０００６】
任意に変更可能で、情報量の多い表示を行うには、ドットマトリクス状に画素を配置することが望ましい。液晶表示装置においては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を画素毎に配置したアクティブマトリクス基板が用いられる。プラスチック基板上にＴＦＴを形成することは容易ではない。液晶表示装置で、電源を切り離しても表示を維持することは困難である。液晶表示装置を折り曲げることもほとんどできない。
【０００７】
たとえば、Ｘ方向電極を一方の基板上に形成し、Ｙ方向電極を他方の基板上に形成した、単純マトリクス基板は、デューティー比の低い動画表示には向いていないが、メモリ性を有する表示装置で静止画表示を行う場合には、画像切り替え時間を長くでき、問題なく利用できる。
【０００８】
並列に配置する電極を電気的に分離するため、隣接する電極間には所定のギャップが必要である。ギャップは非表示領域となる。ギャップを狭くするためには、高精度の加工が必要となる。
【０００９】
横方向電界を利用する場合、表示領域内と表示領域外に、電極を配置することになる。表示領域外の電極を大きくすると表示領域の面積占有率が下がり、画質が低下する。表示領域外の電極を狭くするには、加工に高精度を有し、製造原価を高くし、歩留まりも下がる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、高精度の加工を要さず、表示領域の面積占有率の高い表示装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、プラスチック基板を利用できる薄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】
【００１２】
本発明の１観点によれば、
それぞれ複数の表示領域を有する、積層された複数の表示層を有し、
前記各表示層の表示領域が、協同してドットマトリクスを構成する表示装置が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記各表示層が、
対向基板と、
前記対向基板の一方の上に形成され、それぞれ複数の表示領域を含んで第１の方向に延在し、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って並列に配置された、複数の第１の電極と、
前記対向基板の他方の上に形成され、前記第２の方向に延在し、前記第１の方向に沿って並列に配置された、複数の第２の電極と、
前記各表示領域を囲むように、対向基板間に配置され、対向基板間距離を画定するリブと、
前記対向基板と前記リブとによって画定される各空間に収容された作動媒質と、
を有し、
前記基板、前記電極、前記リブが、他層の表示を透過すべきものは透明である。
【発明の効果】
【００１４】
複数層でドットマトリクスを構成するため、１層当たりの負担が軽減する。高精度の加工を行わなくても、表示領域の面積占有率の高い表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１Ａ１、１Ｂ１、１Ｃ１は、本発明の第１の実施例による表示装置の下部基板の製造工程を示す平面図、図１Ａ２、１Ｂ２、１Ｃ２は、図１Ａ１、１Ｂ１、１Ｃ１の一点鎖線に沿う断面図を示す。図１Ａ１と１Ａ２とを併せて図１Ａと呼ぶ。他も同様の呼び方をする。図中、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向と呼ぶ。形成するドットマトリクスのピッチは、例としてＸ方向、Ｙ方向共に４５０μｍとする。
【００１７】
図１Ａに示すように、透明基板１１の上に複数のストライプ状透明下部電極１２を形成する。透明基板１1は、プラスチック基板又はガラス基板であり、透明下部電極1２は例えばインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）で形成する。透明下部電極１２は、ＩＴＯ膜をスパッタリングし、ホトリソグラフィを用いてパターニングするか、スクリーン印刷等の印刷法で形成する。印刷法を用いる時は、ＩＴＯや金属粒子を分散させたペースト等を用いる。導電性高分子を用いることもできる。図では、Ｙ方向に延在する電極をＸ方向に並列に配列している。例えば幅４５０μｍのストライプ状電極を間隔４５０μｍで配置する。透明下部電極上に表示領域が画定される。
【００１８】
図１Ｂに示すように、透明下部電極1２の表示領域を取り囲むように、低融点ガラスや透明プラスチック材料で格子状フレームないしリブ1３を形成する。例えば、径７５μｍのプラスチックボール（スペーサ）を４ｗｔ％添加したＰｂ含有低融点ガラスをスクリーン印刷し、行列状に分布した４００μｍ平方の開口を有する、高さ７５μｍの格子状リブを形成する。リブ１３の開口が各表示領域を包摂する。
【００１９】
図１Ｃに示すように、リブ１３の開口内に微粒子を分散させた作動媒質１４をディスペンサで滴下する。例えば、流体中に微粒子を添加した混合流体をディスペンサで滴下する。滴下量は、充填されるべき体積と等しくなるように制御する。流体は表面張力でリブ１３上面よりも盛り上がっている。流体としては、液晶等の絶縁性の誘電性材料を用いるのが好ましい。液晶の場合、誘電率異方性は正でも負でもよい。液晶の誘電率異方性により、微粒子の挙動が影響を受け、誘電率異方性の絶対値の大きいほうが微粒子の移動速度が速い傾向がある。例えば、液晶としてＲＤＰ−００３３３(大日本インキ製)を用いる。液晶中に分散させる微粒子の添加量は１〜５０ｗｔ％程度、望ましくは１０〜３０ｗｔ％程度がよい。例えば２０ｗｔ％の微粒子を添加する。微粒子の粒径は０．５〜１００μｍ程度、望ましくは２〜２０μｍ程度がよい。例えば粒径６μｍの微粒子を用いる。微粒子の材質は、例えばＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｎＯ等の酸化物及びスチレンボール等の有機物を用いることができる。中実の粒子又は中空の粒子を用いることができる。白色顔料、黒色顔料等を添加してもよい。
【００２０】
図１Ｄは、上部基板の製造工程を示す。透明基板２１の上に、開口を有する透明電極２２を形成する。開口が表示領域と整合する。例えば４５０μｍ平方の複数の開口を含み、Ｘ方向に延在する上部電極２２が、Ｙ方向に並列に配列される。下部基板同様、透明上部基板２1は、プラスチック基板又はガラス基板で形成し、透明上部電極２２は例えばインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）で形成する。透明上部電極２２の開口部は、透明下部電極上に表示領域を画定する。
【００２１】
図１Ｅは、下部基板上に上部基板を重ね合わせた状態を示す。上部基板２１の透明上部電極２２の開口が下部基板の透明下部電極１２上、リブ１３の開口内に配置され表示領域を画定する。表示領域内に作動媒質１４が収容される。気泡を生じないように、例えば、真空中で下部基板上に上部基板を重ね合わせ、熱圧着することができる。例えば、真空パック中に適当なスペーサを挟んで両基板をセットし、真空パック内部を真空に排気した後、スペーサを抜き取り両基板を圧着し大気に戻す。
【００２２】
図１Ｆは、上部基板、下部基板を重ね合わせた状態を上面から透視した状態を示す。水平方向に並列に配置された上部電極２２の開口(表示領域)下方に作動媒質が収容され、縦方向に並んだ表示領域を連結するように下部電極１２が配置されている。このような構成で１層の表示層が形成される。同様の工程により他の表示層も作成し、４層の表示層を準備する。各表示層の表示領域は、横方向／縦方向に表示領域分ずらした配置とする。
【００２３】
各表示領域は格子状リブで囲まれる。従って作動媒質も各表示領域に分割される。リブを微粒子を透過させない材料で構成すれば、画素から画素への微粒子の移動は防止される。
【００２４】
図２Ａ、２Ｂは、４層の表示層を重ね合わせて組み立てた状態を示す平面図、断面図である。
【００２５】
図２Ａに示すように、水平方向に表示領域Ｄ１、Ｄ２が交互に並び、１行下には表示領域Ｄ３、Ｄ４が交互に並ぶ。表示領域Ｄ１〜Ｄ４は、第１表示層〜第４表示層の表示領域である。図２Ａの１点鎖線に沿う断面を図２Ｂに示す。最上表示層ＤＬ１は、下部基板１１−１、下部電極１２−１、リブ１３−１、作動媒質１４−１、上部電極２２−１、上部基板２１−１を含み、さらに黒色絶縁材料等で形成されたブラックマトリクスＢＭを含む。第２表示層ＤＬ２、第３表示層ＤＬ３、第４表示層ＤＬ４は、ブラックマトリクスＢＭを有さない点以外第１表示層ＤＬ１と同様の構成を有する。第４表示層ＤＬ４は、下部基板１１−４の上又は下に光吸収層ＡＢＳを有する。
【００２６】
なお、第３表示層ＤＬ３、第４表示層ＤＬ４では上部電極や作動媒質が示されていないが、これはこの断面が第１表示層ＤＬ１及び第２表示層ＤＬ２が表示を行なう位置であり、第３表示層ＤＬ３、第４表示層ＤＬ４は表示を行なわない位置であるためである。１行下の断面を取れば、第１表示層ＤＬ１、第２表示層ＤＬ２が上部電極及び作動媒質を有さない配置となり、第３表示層ＤＬ３、第４表示層ＤＬ４が上部電極及び作動媒質を有する構成となる。第１表示層ＤＬ１、第２表示層ＤＬ２の表示領域は、横方向に1画素分ずれている。第３表示層ＤＬ３、第４表示層ＤＬ４の表示領域も同様の構成となる。
【００２７】
４層積層した表示層によりドットマトリクス表示を行なうため、各表示層においては横（Ｘ）方向及び縦（Ｙ）方向それぞれにおいて1画素おきに表示領域を形成すればよいことになる。空いた領域を用いて電極を配置できるため、位置精度が格段に緩やかになる。例えば、１画素サイズを４５０μｍ□とした場合、図１Ａに示す下部電極は幅４５０μｍのストライプ状電極を間隔４５０μｍで配置すればよく、スクリーン印刷等を利用して容易に作成することができる。
【００２８】
図１Ｄに示す上部電極も、開口部が４５０μｍ□であるが、開口間の間隔が４５０μｍあり、開口の両側に１５０μｍ幅の電極を形成しても、電極間の間隔は１００μｍ程度であり、印刷技術を用いて作成することができる。
【００２９】
ＭＦＰＤ表示装置の場合、セルギャップ（基板間距離ないし電極間距離）はおおむね１０μｍ〜２００μｍ程度である。例えば７５μｍの基板間距離とした場合、リブ１３は高さ７５μｍとなるが、格子状であり幅の狭い領域でも４００μｍ位の幅となる。従って、印刷法で形成でき、十分な自己保持能力を容易に与えることができる。
【００３０】
図２Ａに示すように、４層積層した状態では正方行列のドットマトリクス表示であり、周知の駆動方法が利用できる。なお、ＭＦＰＤ装置の製造方法等に関しては特許文献１、２の[発明の実施の形態]の開示を参照することができる。
【００３１】
図３Ａ、３Ｂは、ＭＦＰＤ表示の駆動を概略的に示す断面図である。図３Ａは、表示領域内に白色微粒子が分布した状態を示す。上方から光が入射すると、入射光は白色微粒子により反射、散乱され、上方から観察する観察者は表示領域を白く感じる。なお、下部電極１２、上部電極２２の表面を覆って基板上に配向膜１６、２６が形成されている。
【００３２】
図３Ｂは、白色微粒子が下部電極上から排斥された状態を示す。表示領域に白色微粒子が存在しなくなると、上方からの入射光は作動媒質を透過し、下部電極も透過して表示層下方に配置された光吸収板ＡＢＳに入射して吸収される。上部から観察する観察者は表示領域を黒く感じる。
【００３３】
表示装置の表示原理は、ＭＦＰＤに限らない。
【００３４】
図３Ｃ、３Ｄは、エレクトロクロミック表示装置の場合を示す。下部電極１２の上にエレクトロクロミック材料層１８が配置され、作動媒質１４は微粒子を含む液晶の代わりに電解質である。画素毎の作動媒質１４がリブ１３によって分離されるので、画素間の干渉を防止することができる。上部電極２２は開口を有する必要はなく、液晶表示装置のように下部電極と対向配置できる。図３Ｃは作動媒質１４の電解質との相互作用により、エレクトロクロミック材料層１８が着色した状態を示す。上部より観察する観察者は表示領域の表示を着色状態と感じる。
【００３５】
図３Ｄは、作動媒質１４との相互作用により、エレクトロクロミック材料層１８が無色になった状態を示す。上部よりの入射光はエレクトロクロミック材料層１８、下部電極１２を透過し、下方に配置された白色反射板ＲＥＦで反射する。上部より観察する観察者は表示領域を白く感じる。エレクトロクロミック表示装置は、エレクトロクロミック材料層を形成せずにエレクトロクロミック材料を電解質中に分散させ、作動媒質自体を透明にしたり着色させる表示原理のものでもよい。本実施例では、エレクトロクロミック材料層を下側基板に設けているが、エレクトロクロミック材料層を上側基板に設けて作動媒質を介さずに観察される構成としてもよい。その際、作動媒質に白色顔料などを分散させることで外付け反射板を不要とした反射型の表示装置とすることもできる。反射型とした表示装置を多層構成の最下層に設けることで、多層の表示装置を反射型として構成することもできる。
【００３６】
４層の積層構造によれば、Ｘ方向、Ｙ方向の間隔余裕度が大幅に上昇する。なお、積層構造は４層積層構造に限らない。
【００３７】
ドットマトリクス表示を行う場合、例えば行方向ピッチと列方向ピッチを同一の値に選ぶ。図２Ａにおいて、表示領域Ｄの行方向ピッチと列方向ピッチを５００μｍ、パターンの最小ルール（幅及び間隔）を１００μｍとする場合を考察する。まず、単一表示層でドットマトリクスを形成する場合を考える。図１Ａに示すような下部電極はＹ方向に延在するストライプ状であり、Ｘ方向間隔を１００μｍ取れば、Ｘ方向幅４００μｍの電極を全列に配列できる。表示領域のＸ方向幅は４００μｍ取れる。
【００３８】
図１Ｄに示すような上部電極は、表示領域を開口とし、表示領域の外側に電極を配置する必要がある。電極間の間隔を１００μｍとすると、さらに開口両側に最小１００μｍ幅の電極が必要であり、計３００μｍとなる。ピッチ５００μｍから３００μｍを差し引くと、開口、すなわち表示領域のＹ方向幅は２００μｍとなる。５００μｍ×５００μｍの単位面積に４００μｍ×２００μｍの表示領域を形成することになり、表示領域の面積占有率は、８／２５＝０.３２である。上部電極の開口両側の電極は幅の合計が２００μｍであり、抵抗が高くなる可能性がある。電極幅を増加させれば、開口はさらに狭くなる。
【００３９】
第１の実施例によれば、４層の表示層を組み合わせ、Ｘ方向、Ｙ方向で分割を行っている。電極幅を十分取っても、各表示領域は５００μｍ×５００μｍとでき、表示領域の面積占有率は１となる。面積占有率は上げたいが、４層までは積層したくない場合は、面積占有率を大きく低下させている１方向（Ｙ方向）のみで分割を行い、２層を積層する構成を取ることができる。
【００４０】
図４Ａは、２層積層表示装置の１表示層の電極配置を示す平面図である。Ｙ方向に延在する下部電極１２は、幅４００μｍで、１００μｍの間隔を置いてＸ方向に並列に配置される。Ｘ方向に延在する上部電極は、１行おきに配列され、幅４００μｍ×高さ５００μｍの開口を有し、開口の両側にそれぞれ幅２００μｍの電極を有し、間隔１００μｍでＹ方向に並列に配置される。開口の両側に計４００μｍの電極幅が得られ、下部電極幅４００μｍとのバランスもよい。他の１層をＹ方向に半ピッチ（５００μｍ）ずらした形状で形成する。
【００４１】
図４Ｂは、２層を積層した状態の平面図である。Ｙ方向を表示領域Ｄ１と表示領域Ｄ２に２分割したので、２層を合成すると、表示領域はＹ方向では連続する。各表示領域のＸ方向幅は４００μｍであり、Ｙ方向高さは５００μｍである。表示領域の面積占有率は、４００×５００／５００×５００＝０.８である。単層で形成した時の面積占有率０．３２と比べると、２倍以上の改善となる。
【００４２】
なお、上記数値は単なる例示であり、制限的なものではない。要求に応じて、種々変更することができる。面積占有率も変化するが、単層で表示装置を構成する場合と比べ大幅な改善が得られることは、理解できるであろう。同様の構成でエレクトロクロミック表示装置を形成することもできる。エッレクトロクロミック表示装置の場合は、電極に開口を設ける必要がなく、電極配置はより容易となる。
【００４３】
なお、４層積層構造、２層積層構造の場合を説明したが、積層構造の総数は４又は２に限らない。任意の複数層を積層して表示装置を形成できる。
【００４４】
図５は、３層構造の表示装置の例を示す。表示層ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３の各層が赤（Ｒ）表示、緑（Ｇ）表示、青（Ｂ）表示を行う。３層の表示を重ねた表示ＤＩＳは、ＲＧＢのカラー表示を行う。例えばエレクトロクロミック表示で３色を表示する。
【００４５】
図６Ａ、６Ｂは、積層電極間にオーバーラップを設けた場合を示す断面図、平面図である。表示装置を斜方より観察するときもより確実な表示を行わせることが可能となろう。積層数は２，３，４に限らない。また、表示装置の製造方法も上記のものに限らない。
【００４６】
図６Ｃは、リブの形成を、基板上にレジストパターンを形成し、サンドブラストで行う場合を示す。基板１１上にリブ形状のレジストパターンＲＰを形成し、レジストパターンをマスクとしたサンドブラストを行う。レジストパターンＲＰに覆われていない部分で基板１１がサンド３０で削られ、残る部分がリブを形成する。
【００４７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変形、改良、組合せが可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１Ａ１,１Ｂ１,１Ｃ１は下部基板の平面図、図１Ａ２、１Ｂ２、１Ｃ２は下部基板の断面図、図１Ｄは上部基板の平面図、図１Ｅは上下部基板を重ね合わせた状態の断面図、図１Ｆは重ね合せ基板の透視平面図である。
【図２】図２Ａは、積層表示装置の平面図、図２Ｂは積層表示装置の断面図である。
【図３】図３Ａ、３ＢはＭＦＰＤ表示の動作原理を示す概略断面図、図３Ｃ、３Ｄはエレクトロクロミック表示の動作原理を示す概略断面図である。
【図４】図４Ａ、４Ｂは２層積層表示装置の１表示層の電極配置、および積層構造の表示領域配置を示す平面図である。
【図５】図５は、３層積層表示装置の例を示す斜視図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは、電極間にオーバーラップを設けた構成例を示す断面図、平面図である。図６Ｃは、リブを形成する他の方法である選択的サンドブラストを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１  下部基板
１２  下部電極
１３  リブ
１４  作動媒質
２１  上部基板
２２  上部電極
ＢＭ  ブラックマトリクス
ＡＢＳ  吸収材層
１６、２６  配向膜
1８  エレクトロクロミック材料層
ＲＥＦ  反射板
Ｄ  表示領域
【図１】
2007187696.tif 000003
【図２】
2007187696.tif 000004
【図３】
2007187696.tif 000005
【図４】
2007187696.tif 000006
【図５】
2007187696.tif 000007
【図６】
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