CN101201523A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种具有良好显示特性的新型颜色显示装置、以及在该显示装置汇总使用滤色器。本实施方式的显示装置(1)包括：按照每个像素P配置并具备可以可逆地显色或消色的多种电致变色色素(2C、2M、2Y)的滤色器(2)，对向滤色器(2)的各电致变色色素(2C、2M、2Y)照射的光的量进行控制的光量控制元件(3)。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及显示装置。
背景技术
如果施加电压就会发生可逆的电场氧化或电场还原反应而可逆地发生颜色变化的现象被称为电致变色(electrochromism)。正在研究利用引起这种现象的电致变色化合物的显色/消色现象的电致变色显示装置(参照专利文献1)。
专利文献1：特开2006-106669号公报
但是，在电致变色显示装置中，存在所谓能够表示的亮度的灰度范围窄的缺点。另外，还存在所谓无法表示“漆黑”的缺点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种显示特性良好的新型的彩色显示装置。
本发明的显示装置具有：按照每一像素配置并具备可以可逆地显色或消色的多种电致变色色素的滤色器、和对向上述滤色器的各上述电致变色色素照射的光的光量进行控制的光量控制元件。
由此，通过设置对照射在具备电致变色色素的滤色器上的光量进行控制的光量控制元件，能够利用多种电致变色色素的混色显示所希望的颜色，同时利用光量控制元件控制该颜色的亮度。
例如，上述滤色器具备对应于一个像素而平面性排列的多种上述电致变色色素。由此，可以实现彩色显示装置。另外，例如通过使一个像素内的电致变色色素全部消色成为无色，则不会吸收从光量控制元件侧照射的光，可以进行白显示，所以与以往的具备RGB子像素的滤色器相比，可以显示更亮的白色。
更优选上述滤色器具备对应于1个像素重叠配置的多种上述电致变色色素。例如，优选可以显色为蓝绿色、品红色、黄色的3种上述电致变色色素重叠配置。由此，可以不将1个像素分成称为RGB的子像素，在1个像素内层叠可以显色为蓝绿色、品红色、黄色等的电致变色色素。此外，通过使显示希望的颜色所必需的电致变色色素以外的其他电致变色色素为无色透明，不会有由该其他电致变色色素导致的光吸收。为此，可以提高从光量控制元件照射的光的利用效率。
例如，上述滤色器还具有夹持上述电致变色色素且相互对置的2个透明电极。通过施加在两个电极之间的电压，可以控制电致变色色素的显色或消色。
或者，上述滤色器还具有夹持重叠配置的上述电致变色色素的层叠体且相互对置的2个透明电极。仅仅控制施加在两个电极之间的电压，来控制层叠体中的各电致变色色素的显色或消色，从而使结构简化。
或者，上述滤色器还具有分别夹持处于重叠配置状态的各上述电致变色色素的多个透明电极。由此，可以分别控制各电致变色色素。
本发明的显示装置还可以包括：第一基板、第二基板、位于上述第一基板和上述第二基板之间的电泳层、位于上述第二基板和上述电泳层之间的电致变色层。由此，可以利用电致变色层显示的色调和电泳层显示的色调。其中，电致变色层是指含有电致变色材料的层，可以单层，也可以多层。
在上述显示装置中，优选在上述第一基板和上述电泳层之间形成第一电极，在上述电泳层和上述电致变色层之间形成第二电极，在上述电致变色层和上述第二基板之间形成第三电极。由此，可以单独控制电泳层和电致变色层。
在上述显示装置中，优选当向上述第二电极和上述第三电极之间施加电场时，显示上述电致变色层的色调，当没有向上述第二电极和上述第三电极之间施加电场时，显示上述电泳层的色调。由此，通过使电致变色层为透明的，可以显示电泳层的色调。
在上述显示装置中，优选上述电泳层含有白色的带电粒子，当向上述第二电极和上述第三电极之间施加电场时，控制上述白色带电粒子使其在上述电泳层中位于上述第二基板侧。由此，可以将来自白色带电粒子的反射光用于显示电致变色层的色调。其中，作为白色的带电粒子，可以使用氧化钛等。
在上述显示装置中，优选上述电泳层含有黑色的带电粒子。由此，可以显示无法以减色混合表现的黑色。其中，作为黑色的带电粒子，可以使用炭黑等。
在上述显示装置中，优选上述电致变色层是显示多种色调的层，上述电泳层是显示上述多种色调以外的色调的层。由此，在同一显示区域内可以增加能够显示的色调。
附图说明
图1是第一实施方式的显示装置的概略构成图。
图2是滤色器的截面图。
图3是第二实施方式的显示装置中滤色器的截面图。
图4是第三实施方式的显示装置的概略截面图。
图5是第四实施方式的显示装置概略截面图。
图中：1…显示装置，2…滤色器，2C…蓝绿色EC色素，2M…品红EC色素，2Y…黄色EC色素，2R…红色EC色素，2G…绿色EC色素，2B…蓝色EC色素，2-1、2-2、2-3…滤色器基板，3…光量控制元件，4…背光灯，21…透明基板，22…薄膜晶体管，23…层间膜，24…显示电极，25…电解质，26…对置电极，27…对置基板，31…基板，32…显示电极，33…对置电极，34…微胶囊，35-粘结剂，36…黑色粒子，37…白色粒子，38…透明分散介质，39…液晶，40、41…偏振片，P…像素。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是第一实施方式的反射型的显示装置的截面图。
如图1所示，本实施方式的显示装置1是层叠滤色器2和光量控制元件3而构成。
滤色器2具备配置在每个像素P上且可以可逆地显色或消色的多种电致变色(EC)色素的层(电致变色层)。在本实施方式中，在1个像素P内重叠配置有发出蓝绿色的电致变色色素(蓝绿EC色素)2C、发出品红色的电致变色色素(品红EC色素)2M、和发出黄色的电致变色色素(黄色EC色素)2Y。
电致变色材料是指通过施加电压而可逆地着色或消色的材料，该着色或消色现象是由因施加电压发生氧化反应或还原反应而引起的。在图1中，向着色状态的EC色素2C、2M、2Y实施阴影处理，不向消色状态(无色)EC色素2C、2M、2Y实施阴影处理。
在使EC色素重叠3层的情况下，需要用减色混合进行着色。为此，在本实施方式中，适合使用作为减色混合的三原色的C(蓝绿色)、M(品红色)、Y(黄色)。其中，为了显示更完全的黑色，可以是C(蓝绿色)、M(品红色)、Y(黄色)、K(黑色)的EC色素的4层结构。
对显色为C(蓝绿色)、M(品红色)、Y(黄色)的材料没有限定，但例如可以使用在非专利文献(Proceedings of the 12th International DisplayWorkshops in conjunction with Asia Display 2005 p.895(2005))中记载的材料。例如，作为蓝绿色EC色素2C，可以使用庚基氧化还原(heptylviologen)1，4-二乙酰基苯(DAB)，作为品红EC色素2M，可以使用对苯二甲酸二甲酯，作为黄色EC色素2Y，可以使用4，4’-联苯基二羧酸二乙酯(PCE)。
光量控制元件3对向像素P、即各EC色素2C、2M、2Y的层叠体照射的光的量进行控制。在本实施方式中，示出了光量控制元件3反射外部光且对照射在滤色器2上的光量进行控制的例子。
光量控制元件3包括：在由玻璃等形成的基板(第一基板)上形成的显示电极32、与显示电极32对向配置的对置电极33、介于显示电极32和对置电极33之间的显示介质。显示电极32和对置电极33可以使用ITO等透明电极。对置电极33可以使用多个像素共有的通用电极。
在本实施方式中，作为显示介质，例示有位于显示电极32和对置电极33之间的电泳层。在这里，电泳层含有微胶囊34。微胶囊34由粘结剂35进行固定。微胶囊34在内部含有黑色粒子36、白色粒子37和透明分散介质38。黑色粒子36例如带负电，白色粒子37例如带正电。
不过，作为显示介质，除了电泳层中之外，还可以使用扭接球(twistball)或液晶。对液晶的种类没有限定，可以使用高分子分散型液晶、高分子网络型液晶、单层胆甾醇型液晶等。
图2是表示滤色器的一例的截面图。
如图2所示，滤色器2是层叠了例如3块滤色器基板即黄色用的滤色器基板2-1、品红色用的滤色器基板2-2和蓝绿色用的滤色器基板2-3而形成的。各滤色器基板2-1～2-3具有：由玻璃等形成的透明基板21、在透明基板21上形成的薄膜晶体管22和层间膜23、在薄膜晶体管22和层间膜上形成的显示电极24、在显示电极24上形成的EC色素2Y、2M或者2C、和在EC色素上配置在电解质25之间的对置电极26。显示电极24和对置电极26是由ITO等透明电极形成。对置电极26在所有的像素中是通用的，显示电极24在每个像素P上是分离的。在最上层的滤色器基板2-3中，在对置电极26的上层设置有由玻璃等形成的对置基板(第二基板)27。
在本实施方式中，各EC色素2C、2M、2Y分别被显示电极24和对置电极26夹持，所以各EC色素2C、2M、2Y的显色或消色的控制变得容易。
接着，对上述的本实施方式的显示装置的动作进行说明。
如图1所示，当向对置电极33施加0V、向显示电极32施加正的电压时，微胶囊34内带负电的黑色粒子36向显示电极32侧集中，带正电的白色粒子37向对置电极33侧集中。其结果，从图中箭头方向射入的外部光被白色粒子37予以反射，成为白色显示。
另一方面，当向对置电极33施加0V、向显示电极32施加负的电压时，微胶囊34内带负电的黑色粒子36向对置电极33侧集中，带正电的白色粒子37向显示电极32侧集中。其结果，从图中箭头方向射入的外部光被黑色粒子36吸收，成为黑色显示。
如上所述，由光量控制元件3来控制向滤色器2侧反射的外部光的光量即向滤色器2照射的光量。例如，通过改变施加给显示电极32、对置电极33的脉冲电压的宽度等，可以改变黑色粒子36和白色粒子37的分散程度，可以进行亮度的灰度显示。
通过控制向夹持EC色素2C、2M、2Y的电极24、26间施加的电压，可以控制各EC色素2C、2M、2Y的显色或消色。例如，通过施加超过显色阈值的电压，EC色素进行显色。该显色阈值在每个EC色素中是不同的。另外，通过将超过消色阈值的电压(显色所需的电压的逆电压)施加给EC色素，可以使处于显色状态的EC色素成为消色状态。如上所述，可以对像素P内的各EC色素2C、2M、2Y的显色或消色进行控制。由光量控制元件3反射的白色光通过滤色器2，通过各EC色素2C、2M、2Y的减色混合着色为需要的颜色。
如果从图1的左侧的像素P开始说明，在仅有蓝绿色EC色素2C显色的情况下，显示为蓝绿色。在仅有品红色EC色素2M显色的情况下，显示为品红色。在仅有黄色EC色素2Y显色的情况下，显示为黄色。
另外，在蓝绿色EC色素2C和品红色EC色素2M显色的状态下，基于这些色素的混色而显示为蓝色，在品红色EC色素2M和黄色EC色素2Y显色的状态下，基于这些色素的混色而显示为红色，在蓝绿色EC色素2C和黄色EC色素2Y显色的状态下，基于这些色素的混色而显示为绿色。
进而，在所有的EC色素2C、2M、2Y显色的状态下，基于这些色素的混合而显示为黑色。不过，实际上基于EC色素2C、2M、2Y的混色，无法得到显示装置所要求的完全的黑色。这例如蓝绿色为可见光区域中成为仅吸收红色的颜色，但实际上具有在红色附近有峰值的高斯函数的吸收光谱。其他颜色也一样。由利用减色混合重叠配置的各透过光谱((1-吸收)×100％)的积难以使光减少，所以如果不是由所有的可见光区域的波长中重叠配置的某层吸收100％(透过如果不为0％)，透过光不会为0，就不会变得漆黑，但由于是高斯函数，现实中不会为漆黑。
在本实施方式中，除了EC色素2C、2M、2Y的混色之外，即便在光量控制元件3侧也显示为黑色，由此得到大致完全的黑色。使像素内的所有的EC色素2C、2M、2Y为消色状态，使得在光量控制元件3侧显示为黑色，由此也可以得到大致完全的黑色。使像素内的所有的EC色素2C、2M、2Y为消色状态，且使在光量控制元件3侧显示为白色，由此显示白色。
如上所述，将电致变色材料用作滤色器2，另外设置对照射该滤色器上的光量进行控制的光量控制元件3，由此可以消除电致变色材料的灰度显示范围窄的缺点。
通过使用电致变色色素形成滤色器2，不将1个像素分成所谓RGB的子像素(sub-pixel)，在1个像素P内可以层叠蓝绿色EC色素2C、品红色EC色素2M、黄色EC色素2Y。此外，通过使显示需要颜色所需的EC色素以外的其他EC色素为无色，从而不会吸收基于该其他EC色素的光。为此，与以往相比可以提高来自光源(来自光量控制元件3的反射光)的光的利用效率。
即，以往在平面配置由R、G、B的颜料或染料构成的色素，由R、G、B三个子像素构成一个像素的情况下，当显示R颜色时，G、B子像素为了进行黑色显示，光的利用效率成为1/3。与此相对，在本实施方式中没有必要分成子像素，所以可以提高光的利用效率。由此，可以实现使外光的利用效率提高并进行明亮显示的反射型显示装置。
进而，在基于EC色素的减色混合中很难进行完全黑色的显示，但通过在光量控制元件3侧控制为黑显示，从而可以实现完全的黑色显示。另外，因为没有必要分成子像素，所以在设定成与以往相同的像素尺寸的情况下。可以增大配置在像素内的薄膜晶体管22等元件的尺寸。
(第二实施方式)
图3是第二实施方式中显示装置的滤色器2的概略截面图。在第二实施方式中，对由显示电极24和对置电极26夹持EC色素2C、2M、2Y的例子进行说明。
滤色器2包括：由玻璃等形成的透明基板21、在透明基板21上形成的薄膜晶体管22和层间膜23、在薄膜晶体管22和层间膜23上形成的显示电极24、在显示电极24上层叠形成的EC色素2C、2M、2Y、在EC色素的层叠体上使电解质25介于其间进行配置的对置电极26、在对置电极26上形成的由玻璃等构成的对置电极27。显示电极24和对置电极26由ITO等透明电极构成。对置电极26在所有的像素中是通用的，显示电极24在每个像素中是分离的。
在第二实施方式中，需要进行满足如下所示的显色阈值特性的关系的EC色素2C、2M、2Y的选定和显色的控制。
例如设蓝绿色EC色素2C的显色阈值电压为Vc1，消色阈值电压为Vc2，设品红色EC色素2M的显色阈值电压为Vm1，消色阈值电压为Vm2，设黄色EC色素2Y的显色阈值电压为Vy1，消色阈值电压为Vy2。在这里，只要Vc1、Vm1、Vy1的绝对值的大小顺序与Vc2、Vm2、Vy2的绝对值的大小顺序相同即可。例如，显色阈值电压为正，消色阈值电压为负。例如，在Vc1＞Vm1＞Vy1的情况下，只要为|Vc2|＞|Vm2|＞|Vy2|即可。
此时，当施加V≥Vc1的正电压V时，EC色素2C、2M、2Y全都显色。接着，当施加|Vc2|＞|V|≥|Vm2|的负电压V时，仅有品红色EC色素2M以及黄色EC色素2Y消色。因此，可以仅选择性地使蓝绿色EC色素2C显色。进而，当施加Vc1＞V≥Vm1的电压V时，仅有品红色EC色素2M和黄色EC色素2Y显色。接着，当施加|Vm2|＞|V|≥|Vy2|的负电压V时，仅有黄色EC色素2Y消色。由此，可以仅选择性地使品红色EC色素2M显色。进而，当施加Vm1＞V≥Vy1的电压V时，黄色EC色素2Y显色。由此，可以实现所有的EC色素2C、2M、2Y的显色组合。
根据第二实施方式，与第一实施方式相比，EC色素的材料被限定，而且显色控制变得复杂，但由于在一个透明基板21上层叠EC色素2C、2M、2Y，所以存在可以减薄滤色器2的优点。
(第三实施方式)
图4是表示第三实施方式的显示装置1的构成的图。在第一、第二实施方式中，对反射型的显示装置的例子进行说明，但在本实施方式中，对透过型的显示装置的例子进行说明。
在本实施方式中，层叠形成滤色器2、光量控制元件3与作为光源的背光灯4。关于滤色器2的构成，由于与第一实施方式同样，故省略其说明。背光灯4向光量控制元件3照射白色光。
光量控制元件3是对向像素P即各EC色素2C、2M、2Y的层叠体的光的量进行控制。在本实施方式中，光量控制元件3对从背光灯4照射的光的透过量进行控制。为此，在本实施方式中，作为填充在显示电极32和对置电极33之间的显示介质，使用液晶39。作为液晶39，可以使用在通常的透过型液晶显示装置中使用的向列型液晶等，对其种类没有限定。其中，虽未图示，但在基板31和对置电极33的外侧配置有夹持基板31和对置电极33的一对偏振片40、41。
从背光灯4照射的光通过偏振片40，由此变换成需要的直线偏振光。通过施加给显示电极32和对置电极33的电压，来控制液晶39的取向状态。基于该液晶39的取向状态，控制直线偏振光的偏振方位，对通过另一偏振片41的光的光量进行控制。与第一实施方式相同，通过光量控制元件3的光被滤色器2着色。
如第三实施方式所述，在透过型显示装置中也可以应用本发明。此时，由于背光灯4的光的利用效率提高，所以在控制背光灯4的消耗电量的同时，可以得到明亮的显示。其结果，可以实现显示装置的低耗电。
(第四实施方式)
图5是第四实施方式中显示装置的滤色器2的概略截面图。在第一、第二实施方式中，对在一个像素内重叠配置EC色素的例子进行说明，但在本实施方式中，是对在一个像素内平面并列配置EC色素的例子进行说明。其中，对于与第一实施方式相同的构成要素附加相同的符号，并省略其说明。
图5所示的截面图相当于1个像素P的截面图。1个像素P被分成3个子像素(subpixel)SP，在各子像素上配置有1层红色EC色素2R、绿色EC色素2G、蓝色EC色素2B的任意一种。由配置有红色EC色素2R、绿色EC色素2G、蓝色EC色素2B的3个子像素SP构成1个像素P。在每个子像素SP上配置有显示电极24，可以控制红色EC色素2R、绿色EC色素2G、蓝色EC色素2B的显色或消色。
在本实施方式中，是用加色混合进行着色的例子。为此，在本实施方式中，作为EC着色，适合使用呈现作为加色混合的三原色的R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的材料。对呈现R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的EC材料没有限定。
在上述的滤色器2中，对施加在夹持EC色素2R、2G、2B的电极24、26之间的电压进行控制，由此可以控制各EC色素2R、2G、2B的显色或消色。例如，通过施加超过显色阈值的电压，EC色素显色。其显色阈值在每个EC色素是不同的。另外，通过向EC色素施加超过消色阈值的电压(显色所需的电压的逆电压)，可以使处于显色状态的EC色素成为消色状态。如上所述，像素P内的各EC色素2R、2G、2B的显色或消色受到控制。从光量控制元件3侧照射的白色光通过滤色器2，利用各EC色素2R、2G、2B的加色混合着色成需要的颜色。
如本实施方式的显示装置所述，可以并列排列平面状呈现不同颜色的1层EC色素，由3个EC色素2R、2G、2B构成1个像素。根据本实施方式，通过使所有的EC色素2C、2M、2Y为无色，在抑制光的吸收的同时，可以显示白色。其结果，与现有的使用颜料或染料的滤色器相比，可以提高白色和黑色的对比度。
另外，例如，在显示红色的情况下，由配置红色EC色素2R的子像素显示红色，使其他的EC色素2G、2B为无色，对于配置有该EC色素2G、2B的子像素而言，由光量控制元件3来控制光量，由此可以实现由暗红色至淡红色的亮度不同的红色显示。
本发明并不限于上述实施方式的说明。
例如，在反射型显示装置中，对从观测者侧开始按顺序配置有滤色器2、光量控制元件3的例子进行说明，但也可以从观测者侧开始按顺序配置有光量控制元件3、滤色器2。
另外，在不脱离本发明主旨的范围内，可以进行各种变更。

Claims (13)

1.一种显示装置，其具有：
滤色器，其按每一像素配置，并具备可以可逆地显色或消色的多种电致变色色素；和
光量控制元件，其对向所述滤色器的各所述电致变色色素照射的光的光量进行控制。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，
所述滤色器具备对应于一个像素而平面性排列的多种所述电致变色色素。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，
所述滤色器具备对应于1个像素重叠配置的多种所述电致变色色素。
4.如权利要求3所述的显示装置，其中，
重叠配置有可以显色为蓝绿色、品红色、黄色的3种所述电致变色色素。
5.如权利要求2所述的显示装置，其中，
所述滤色器还具有夹持所述电致变色色素且相互对置的2个透明电极。
6.如权利要求3所述的显示装置，其中，
所述滤色器还具有夹持重叠配置的所述电致变色色素的层叠体且相互对置的2个透明电极。
7.如权利要求3所述的显示装置，其中，
所述滤色器还具有分别夹持处于重叠配置状态的各所述电致变色色素的多个透明电极。
8.一种显示装置，其包括：
第一基板；
第二基板；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的电泳层；和
位于所述第二基板和所述电泳层之间的电致变色层。
9.如权利要求8所述的显示装置，其中，
在所述第一基板和所述电泳层之间形成有第一电极，
在所述电泳层和所述电致变色层之间形成有第二电极，
在所述电致变色层和所述第二基板之间形成有第三电极。
10.如权利要求9所述的显示装置，其中，
当向所述第二电极和所述第三电极之间施加电场时，显示所述电致变色层的色调，当没有向所述第二电极和所述第三电极之间施加电场时，显示所述电泳层的色调。
11.如权利要求9或者10所述的显示装置，其中，
所述电泳层含有白色的带电粒子，当向所述第二电极和所述第三电极之间施加电场时，控制所述白色带电粒子，以使其在所述电泳层中位于所述第二基板侧。
12.如权利要求8～11中任意一项所述的显示装置，其中，
所述电泳层含有黑色的带电粒子。
13.如权利要求8～12中任意一项所述的显示装置，其中，
所述电致变色层是显示多种色调的层，所述电泳层是显示所述多种色调以外的色调的层。
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