JP2008020828A

JP2008020828A - 大型表示装置

Info

Publication number: JP2008020828A
Application number: JP2006194476A
Authority: JP
Inventors: Isao Ota; 勲夫太田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】多人数が同時に見ることができるビル壁面やスポーツ施設での大型表示装置で反射型と発光型に切替できるものは存在しなかった。明るい状況下では高輝度で表示するために膨大な電力を消費する必要があった。
【解決手段】光軸と垂直方向の横電界で微粒子を移動させ、分散状態の量を変えることで光学的透過性を変化させる新規なセル構成と駆動モードによって明るい環境下では反射型で、暗い環境下ではバックライトにより透過型として全環境下で使用できる薄型の大型表示装置が初めて実現した
【選択図】図１５

Description

本発明は、液体またはガス体に分散された微粒子の横電界による移動によって光透過性を変調する素子を多数配列し白色拡散板の背後に光源を設けることにより反射型としても透過型としても使用できることを特徴とした大型表示装置に関するものである。

ビルの壁面の広告表示、スポーツ施設でのメッセージ、スコア、競技状況など屋内外で大型表示装置が活躍している。しかしこれらは発光型ないしは反射型のいずれかであり昼間の明るい時には反射型で用い、夜間の暗いときには発光型で用いることができる昼夜共用の大型表示装置は未開発であった。従来の屋外大型表示装置は強い太陽光下の昼間でも表示が見えるように５０００ｃｄ／ｍ2を超える高輝度のＬＥＤや放電管、白熱電球などが用いられているが、消費電力も数ＫＷという膨大な電力を要し、表示装置の厚み、重量が増すと共にシステム価格の上昇を招いていた。一方反射型では主に磁気反転表示が用いられているが、動画表示が不可能であること、高精細表示が困難、夜間等ではフロント照明が必要などの制約があった。昼夜共用の大型表示装置は、天気の良い日中は反射型で用いた方が明るくて見易い上に電力を節約できるという重大なメリットがある。暗い時には発光型で用いることができ表示装置の利用効率が向上するというメリットがあり、発光型と反射型が切替できる昼夜共用の大型表示装置が切望されていた。

透明液体に分散された微粒子を表示面に対して水平方向に移動集積させることによって光線透過性を変化させる横電界方式粒子移動表示法が提案されている（特許文献１〜８）。その構成は図１に示す通り、透明カウンター電極３０を設けた透明基板１と、コレクト電極３１を設けた透明基板２との間に微粒子分散系が挟まれており、電極３０と電極３１間に電圧を印加してカウンター電極３０上に堆積させるか、面積の小さいコレクト電極３１上に集積させるかによってセルを透過する光透過率を変えることを特徴としている。すなわち微粒子が黒色光吸収性の場合（Ａ）では暗状態、（Ｂ）では明状態になる。

他の構成は図２に示されている。ここでは一対の電極は同一基板上にあり、図１と同様面積の大きい透明カウンター電極に粒子を堆積させた時明状態、コレクト電極に堆積させた時暗状態となる。

図１も図２も画素内に小面積と大面積の電極を設け、大面積の電極に微粒子を堆積させた時、光線を遮蔽し、小面積の電極に堆積させた時光線を透過させるものである。主として反射で利用することが想定されており、パネル構成としては表示面に対して平行な表示電極面を有するもので、画素内に電極を設けているゆえに開口率の低下（光線ロス）が避けられなかった。また表示領域内に大小電極があるため十分なコントラストを実現することが困難であること、また大面積の透明電極を必要とする故に表示層を多層に積層してカラー化した場合透明電極での光線ロスが避けられず透過率を減じる難点があった。これら提案の表示装置は電子ペーパのような反射型表示装置を想定しており、画素がはるかに大きいメートルサイズの昼夜共用の大型表示装置への適用は全く考慮されていなかった。

一方従来のセル構成では同一種類の粒子で異極性のものが混在していると大小いずれの電極にも粒子が付着してしまいコントラストを低下させるため使用する分散系は単一極性のみの分散系になるよう厳格な調整と管理を必要とした。

特開昭４９−２４６９５公報ＵＳＰ5,745,094 特開平９−２１１４９９特開２００１−２０１７７０特開２００４−２０８１８特表２００５−５００５７２特開２００２−３３３６４３特開２００３−２４８２４４

ビルの壁面の広告表示、屋内外のスポーツ施設でのメッセージ/スコア/競技状況/クローズアップ表示、ターミナルでのメッセージ/広告表示、イベント会場やバス、宣伝広告車の壁面表示、ホテル、デパート、公会堂等での大型広告/ＴＶ表示など屋内外で用いる大型表示装置の用途は多方面に渡る。またそのサイズも数メートル角のものから数１０メートル角のものまで現実に稼動しており、設備費用や電力がリーズナブルであれば更に大型の表示が求められている。また発光型と反射型が共用できるものはこれまで存在せずまさに市場が待望しているものでその利用価値は甚だ高い。
本発明は従来提案されていた横電界方式粒子移動表示法を見直し、新しい電極構成と表示モードに基づい光ロスの少ないモノクロ、マルチカラー、フルカラー表示を実現したものであり、従って反射・透過兼用の大型表示装置への適用が可能となったものである。

上記課題を解決するために、本発明では従来同様横電界を用いるものであるが、粒子を２つの電極のいずれかに強制的に堆積させるのではなく、セル中に分散している粒子の量をコントロールして透過性を変調するという発想に立つ、新たな表示モードを提案するもので、セルの大部分を占める透明面状電極を不要とした。粒子の分散状態を最大の不透明状態とし、粒子を局所に集積させて分散量を減ずることによって明状態を実現するものであり、電極の形状に関しては一対の線状電極を用いるのみで反射表示に於て特に重要な開口率を顕著に向上させ、これによって反射、透過両用の表示装置が可能となった。

本発明の基本セルは図３（Ａ）に示す通り、ガラス、プラスチックなど透明な２枚の基板１，２間に設けられた隔壁３によりセル４が構成され、該セル内に微粒子５が分散された分散系７が充填されており、隔壁３の下部に設けられた電極６−1と６−２間に電圧を印加出来る構成になっている。図３（Ａ）のようにセル４中にカーボンブラックなどのような黒色光吸収性の微粒子５が分散された状態では基板２から入射した光は、微粒子５の隠ぺい力が十分ならば黒色となる。

図３（Ｂ）のように電極６−1と６−２間にＤＣ電圧を印加すれば、微粒子５が正に帯電している場合クーロン力により負極の電極６−１上に集積する。この場合セル４中の粒子集積部以外は光を遮るものがなく透明となる。ここで６−1、６−２間に逆極性のＤＣ電圧パルスないしＡＣ電圧を印加すれば６−１上の微粒子は電極を離れてセル４中に拡散分布し、セル４は再び不透明となる。このようにセル４内の分散状態の粒子量（したがって６−１ないし６−２電極上へ集積させる粒子量）を変えることによってセルの透過率を変化でき集積状態の粒子も、分散状態の粒子も電圧を切って後もその状態を維持するため表示はメモリ性を有する。分散系７はガス又は透明な液体中に微粒子が分散されたものから成り、液体の場合は粒子の移動は電気泳動と呼ばれる。線状電極６−１、６−２の一方あるいは両方が隔壁の上部に設けられていても勿論かまわない。電極はアルミ、クロム、金などの金属を蒸着やスパッタで設けてフォト処理でパタン化した薄膜や、導電性塗料を印刷、インクジェット描画などで設けた導電性厚膜などで構成できる。

微粒子を電極に集積した時基板表面に固着して残存することはセルの明状態の光透過性を阻害するゆえに好ましくない。従ってセル部の基板内面には微粒子の固着を妨げるようフッ素化合物などのコーティングがなされていることが望ましくまた分散媒が液体の場合は微粒子と液体の比重は出来るだけ近接していることが望ましい。

本発明で分散状態とはブラウン運動により比重差に拘わらず液体中に安定に微粒子が均一分散したコロイド状態は勿論、基板１，２内面のいずれかないし両面に一部ないし殆どの粒子がゆるく付着した状態をも含むものである。また微粒子は１種類である必要はなく、光学的特性を最適化するため各種のものが混在していてもよく、帯電極性も同一である必要はない。微粒子５は通常光吸収性のものが使用されるが、二酸化チタンのように白色反射性のものを用いることも可能であり、この場合セル４の微粒子分散状態では入射光が微粒子で散乱反射されその程度に応じて透過光は減衰する。

微粒子の移動速度が表示の応答速度を決めるが、粒子移動速度は分散媒の粘度、粒子の電荷量、電界強度などに依存し、粘度が低く、電荷量と電界強度が大きい時、高速応答が可能となる。大型表示では画素サイズも当然大きくなり、図３（Ａ）のような電極構成で画素を大きくした場合、高電圧を印加する必要があり駆動回路の負担が大きくなってしまう。低電圧でも十分な電界強度を確保するため図４（Ａ）のような櫛型電極か図４（Ｂ）に示すような渦型電極を用いることが望ましい。この場合セルの明状態すなわち電極への粒子集積状態では線状の不透明部が生じるが電極間の幅に較べて粒子集積部の幅が十分狭ければセルの光透過性をさほど低下させることなく十分な明るさとコントラストを得ることが可能となる。
櫛型や渦型電極セルの場合は分散系には単一極性粒子系を用いるべきである。本発明では便宜上粒子を集積する電極を駆動電極、他方の電極を共通電極と呼ぶことにする。図４（Ａ）、図４（Ｂ）で６−１が粒子を集積させる駆動電極、６−２は粒子を集積させない共通電極となる。駆動電極は透明、不透明どちらでもよいが共通電極はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のような透明電極を用いた方が明状態での透過率を向上できるからより望ましい。粒子移動には通常０．２〜２Ｖ／μ程度の電界強度がふさわしい。駆動電極と共通電極の電極間距離が５０μの場合、１０〜１００Ｖの電圧に相当する。電極間距離を狭めた方が駆動電圧は下がるが表示の明るさ、コントラストの点では不利になる。用途にもよるが電極間距離は２０μ〜１００μ程度で用いるのが適切である。駆動電極が不透明の場合電極幅は集積粒子層の幅以下にすべきである。製造の容易さ、機械的強度などの点で２〜１０μ程度が望ましい。透明共通電極は多少広くてもかまわない。図４には図示していないが、絶縁性隔壁４は、開口率を悪化させないよう櫛型ないし渦型電極の外周部に設け、駆動電圧の上昇を生じるのを防ぐために、櫛ないし渦に相当するセル内側の電極部を覆わないようにする必要がある。

図５はフルカラー表示を可能とするために図３の如きセルを３層積み重ねたカラー用基本セルである。ただし３層の微粒子５は各々Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンタ），Ｙ（イエロー）色のものが用いられる。Ｙ，Ｍ粒子が適度に分散状態にあり、Ｃ粒子が電極集積状態にあれば、その部分はＲ（赤）、Ｃ，Ｍ粒子が適度に分散状態でＹ粒子が電極集積状態では同じく減法混色によりＢ（青）となる。Ｃ，Ｍ，Ｙパネルに加えて、より完全に光を遮断するために白-黒に変調できる第４のセルが追加され４層構成をとる場合もある。またセルの積層順序は任意に選択可能である。

セルを多数積層する表示装置において注意すべきは、界面反射である。屈折率が異なる界面では必ず界面反射が生じる。図５の３層積層型表示セルでは、モノクロ素子１層辺り多数の層（２枚の基板、分散媒、接着層）から成るから各層は出来るだけ透明性が高いのは勿論、屈折率のできるだけ等しい材料で構成し、不要な界面反射を軽減することが重要である。

また図５の３層積層型表示装置では画素サイズにくらべて間に入る基板の厚さが厚い場合、反射で見た時視角が制約される。図５において基板垂線からの角度θを越えた方向から見ると反射光線は３層すべてを通過していないから正しい色を見ることが出来ない。画素サイズをＷとすれば１色分のセル厚h（上基板、分散系、下基板、接着層の合計）はh＝Ｗ/（3×tanθ）となる。θ＝６０度(tan(θ)=１．７３)ではh＝Ｗ/５．１９より、画素サイズが１ｍｍの場合h≒０．１９ｍｍ、θ＝８０度(tan(θ)=５．６５)の時h≒０．０５９ｍｍとなる。すなわち３層型反射表示装置は間に入る基板を極力薄くしないと視野角に優れた反射表示を実現することが困難になる。この点透明基板としてフィルムは薄さゆえに視角特性に於て有利になる。

図６は図５のセルの電極取り出し構成を示すもので、Ｃ，Ｍ、Ｙ用の３つの駆動電極端子とそれぞれに対応した共通電極、ＬＥＤのような光源点灯電極と共通電極を有し、共通電極を１つに結合すると合計５端子となる。図６の例ではＣ，Ｍ，Ｙセルの電極は各上基板の内面に設けられており、電極取り出し部はシールよりわずかにはみ出している。配線を設けた電極基板１５は上記はみ出し部に於てくり抜きを有し、対応する電極基板の端子とは導電性樹脂１６などを用いて電気的接続が図られている。基板に２０〜１００μ程度のフィルムを用いればバックライトユニットを含めても数ｍｍの厚みに構成することは容易である。

図７に図６のセルの５つの端子にピンを設けたピン付きフルカラー素子を示す。
このようなセルをＸ−Ｙマトリクス状に多数並べることによって光源非点時は反射型、点灯時は発光型となる反射、発光両用のフルカラー超大型表示システムが構成できる。
図５では１画素セルで示したが勿論多画素のパネルを用いた、多素子ピン付きパネルが可能であることは言うまでもない。

大型表示装置とは画面サイズが１００インチ程度のものから特に上限はないが仮に１０００インチとし、表示容量がＶＧＡ（６４０×４８０画素）程度からフルＨＤ（１９２０×１４４０画素）程度を想定すると、画素ピッチはＶＧＡで３ｍｍ強〜３２ｍｍ、フルＨＤで１ｍｍ強〜１１ｍｍ程度となる。

図８は多数の画素を有する基本パネル２６を縦横に多数配列して大型表示装置を構成する例を示す。本発明では縦方向を列、横方向を行と呼ぶ。従ってこの例では列５画素、行１０画素のパネルを縦横に多数配列する場合を示し、電極構成を図９（Ａ）に３列、２行画素分示されている。図９（Ｂ）〜（Ｄ）はこのパネルに用いる電極基板１５の正面図を示す。共通電極は行方向に共通であるが、駆動電極は各画素毎に細線でたとえば左端まで引き伸ばされている。従って図８のパネル１枚から駆動電極１０×５＝５０本、共通電極５本が左端に並ぶことになる。これら５０画素からなる各パネルを駆動するには次の４つの方法がある。（１）単純マトリクス、（２）スタティック（３）２端子アクティブマトリクス、（４）３端子アクティブマトリクス、（１）の単純マトリクスの場合は分散系に閾値特性が必要であり、各列の駆動電極Ciをパネル内またはパネル外で接続し、１０列×５行のマトリクスとして駆動される（図示は省略）。パネル端の電極端子とこれと垂直に設けられた電極基板１５上の対応する端子間はワイアボンド、異方導電フィルム、導電樹脂などで接続される。図９（Ｂ）はスタティック駆動する例を示しすべての画素の駆動電極はＬＳＩドライバ２０の出力に接続され、５本の共通電極はＬＳＩ２０の共通端子に接続される。図９（Ｃ）、図９（Ｄ）にはそれぞれ側面電極基板１５上にそれぞれ２端子非直線素子ないし３端子ＴＦＴ素子でアクティブマトリクスが構成されている例を示している。以上にはパネル駆動回路が側面電極基板１５の上に構成された例を示したが、電極基板１５は単にパネルの電極延長として使用し、パネルやバックライトの裏側に設けた駆動回路に接続して駆動することも可能である。パネル間の電源や信号の接続はパネル背面の駆動回路基板２７に設けたコネクタ（図示省略）などによってなされる。
フルカラーパネルでは駆動電極数が３倍に増えるため電極処理は複雑化するが基本的には図９で述べたと同様の構成を適用できる。

モノクロ表示、カラー表示いずれにおいても、特に反射型で用いる場合白色度を出来るだけ高くするための工夫が必要である。大型表示装置の１部を図１０に示すが画素間の隙間をｓ，画素ピッチをＷとする時、表示の均一性の点からsは至るところで同一であることが望ましく、（Ｗ-ｓ）/Ｗで示される開口率は優れた明るさ、コントラストを得るため出来るだけ高い（≧０．８）ことが望まれる。画素ピッチが３ｍｍの場合はｓ≦０．６ｍｍに相当するから各パネルの４辺はs/２≦０．３ｍｍで処理する必要がある。図８のパネルの場合１行の画素の駆動電極１０本と共通電極１本を幅ｓ内に形成する必要があるが、画素が３ｍｍピッチの場合、ラインアンドスペースを３０μ弱にすることによって実現できる。図７のような単画素素子でＷ＝１０ｍｍの場合ではシール及び電極基板を含めて０．５ｍｍ以下に構成することは容易であるから開口率≧９０％は容易である。画素間のｓ部分の光学特性は重要である。発光型で用いる時は黒色不透明が望ましいが反射で用いる時は白色度を減じる。一方白色不透明にすると、反射表示の場合、黒部分が悪化し、色純度も低下するが白表示の領域では白色度が優れる。開口率、表示内容、反射と透過で使用する頻度に応じて決めるべきである。

図８のようなパネルでも各画素は隔壁で囲まれてセルを構成している。粒子をセル内部に閉じ込めるのは微粒子が隣のセルに移動するのを妨げ表示パネル面内での粒子濃度均一性を維持するためである。隔壁で微粒子を閉じ込める代りに、微粒子をカプセル内に閉じ込めてもよい。微粒子をカプセルに閉じ込めることによる利点は、液状ないし流動性粉体としての微粒子分散系を固体化でき表示素子面への塗布、上下基板の貼り合わせ等における取り扱いの容易さである。

図１１（Ａ）は１画素を３×３のカプセル粒子で構成した例を示し、図１１（Ｂ）はたとえば図４（Ａ）の櫛型電極のピッチに合わせてカプセル粒子を配列した例を示す。

図１２はＣ，Ｍ，Ｙのカプセル粒子を積層したカラーパネルの断面図を示す。積層型セルないしパネルを構成する場合、電極を設けた基板にカプセルを敷き詰めたものを各色順次積層すればよいから基板枚数を減らし易く、視角特性の点で有利なセルが構成できる。

カプセル粒子１０の壁は透明な無機あるいは有機薄膜からなり、カプセル粒子内の分散系はガス体または透明液体に光吸収性ないし反射性微粒子が分散されたものである。カプセル粒子間あるいわ基板との隙間は透明なバインダー樹脂、接着剤、ゲルなどで埋められている。カプセル粒子形状は球体に限られるものではない。また球体カプセル粒子であっても図１１（Ｂ）に示すように基板間に挟みこんで変型させて使用した方が光変調効果を増大できる。
本発明でセルとは隔壁で囲まれた領域、あるいは１個のカプセル粒子を指す。画素は１個のセルから成る場合もあれば多数のセルから構成される場合もある。

上記説明から明らかな通り、本発明の光変調素子では隔壁部分ないしカプセル粒子間の隙間は光線透過率は変化しないから、光線透過方向のこの部分の幅は出来るだけ狭いことが望ましい。逆にこの部分が透明性であると光り抜けを生じ光変調素子の光線遮断力を低下させ純黒が得られなくなるからこの部分を黒色光吸収性にするか光反射性にすることが望ましい。光り抜けを生じる基板１ないし２の領域および必要なら粒子集積部を覆うようにブラックマトリクスないし光反射膜を設ければよい。

図１３にアクティブマトリクス基本パネル用アレーの製造プロセスの例を示す。
透明基板上に蒸着、スパッタなどでアルミ、タンタルなどの金属膜を設けフォトエッチングなどで図１３（Ａ）に示すように列電極を形成する。ついでこの列電極を陽極酸化して表面に酸化膜を形成する。ついでアルミニウム、タンタル、クロム、金などの金属膜を形成し、フォト処理により図１３（Ｂ）に示すように櫛型駆動電極６−１を形成する。こうして駆動電極と列電極交点にＭＩＭ２端子非直線素子が形成される。つぎに透明絶縁膜を形成し、少なくとも櫛型電極部は駆動電圧上昇を避けるために絶縁膜を取り除く。次に駆動電極と同様の材料で行電極線Ｒを形成して後、ＩＴＯなどの透明電極で櫛型共通電極６−２を形成することでアクティブマトリクスアレー基板が構成できる。櫛型共通電極の先端部を絶縁層を介して駆動電極の水平バーに重ねておけば、画素並列容量として機能する。つぎにほぼ基板サイズに一様にカプセル粒子を敷き詰めた別基板を上記アレーに重ね、カプセル粒子層をアレー基板に転写する。勿論直接アレー基板にカプセル粒子を敷き詰めてもかまわない。このあと基板端で行、列電極にたとえばバンプを形成し、バンプを覆わない様にシール樹脂及びスペーサを設け、透明基板１と同じサイズの下基板２にカプセル粒子を設けたアレー基板を接着剤を介して貼り付けて１色目のパネルが完成する。同様にして２色目，３色目の基板を重ねて図１２の如き積層型パネル２４が構成される。カプセル粒子の配置位置は図１１（Ｂ）に示したように櫛型電極の櫛の間に入るよう位置合せされている。また２層目、３層目の電極端子位置は１層目と少しずつずらせて設計しておくと後にワイヤボンドする際各色パネルで位置が重ならないことから望ましい。
上記積層パネルをたとえば内部にＬＥＤなどの光源１３を設けたバックライトユニット１７に貼り付け、あらかじめ行、列端子面側に設けられた電極基板１５の対応する端子とワイヤボンディングなどで結線して行、列端子はバックライトユニットの背面に集められここで駆動回路基板２７と異方導電樹脂などで接続される。電極基板１５はたとえば薄く柔軟なフィルムに銅箔が設けられたものでパネルから垂直方向に、下基板２及びバックライトユニット１７側面にしっかりと貼り付けられている。最終、ワイアボンド部は保護フィルムを貼り付けるか、樹脂でモールドしておくことが望ましい。行、列電極と電極基板の接続はワイヤボンドの替りに導電樹脂などで接続してもよい。２端子素子は陽極酸化膜のほか、たとえば酸化亜鉛などを樹脂に分散したペーストなどを印刷等で設けてもよい。

図１４には各画素にＴＦＴを導入したアクティブマトリクスパネルの１画素部を示す。ＴＦＴを行電極（ゲート電極）Ｒiの下部に構成し、ソース電極を列電極Ｃiに、駆動電極６−１をドレイン電極に接続すればよい。共通電極６−２は絶縁膜を介してたとえばドレイン電極ラインおよびＣｉの下に張り巡らせて構成し、周辺部より１端子として取り出せばよい。

図１５（Ａ）に完成した基本パネルの側面図、図１５（Ｂ）に斜視図を示す。画素ピッチが３ｍｍ、行、列各１００画素とすれば基本パネルサイズは約３０ｃｍ角となり、列（駆動）電極数３００本、行(共通)電極は各色共通化できるから１００本となる。回路基板２７にコネクタ２８を設けておき周辺パネルと電気的に接続できるようにしてある。このような基本パネルを図８に示すように横１２枚、縦９枚集積すれば３．６ｍ×２．７ｍ（対角約１７７インチ）の公共施設などで利用するにふさわしいサイズの反射透過共用フルカラー表示システムとなる。

図８のような大型パネルのバックライトとしては直下型あるいはエッジライト構成のＬＥＤのほか蛍光管やＥＬ面光源を利用することができる。
図８のような基本パネルをフィルムで製造すれば３層積層型カラー表示でも１ｍｍ以下で構成可能である。駆動回路をポリイミド、銅箔よりなるＦＰＣなどで構成すれバックライトを内蔵しない反射型モノクロないしカラーパネルは勿論、バックライトを内蔵したカラーパネルでも５ｍｍ以下で構成することは不可能ではなく曲面化が容易であり、列車内に設置する凹面広告表示、車の外面に沿った曲面表示パネルなどに各種適用することができる。

パネル周辺のシール幅およびパネル内スペーサ幅を０．２ｍｍ以下に作り込めば、開口率：（Ｗ-s）／Ｗ≒８７％、０．３ｍｍで８０％が達成可能である。分散系はマイクロカプセルで説明したが、勿論隔壁型でも可能である。マイクロカプセル粒子にほぼ５０μ径のものを利用するとすれば、図１３（Ｂ）に示す櫛型駆動電極ピッチＰを約１００μとし、図１１（Ｂ）のようにカプセル粒子端が駆動電極、共通電極上に配置されることが望ましい。基板１、基板２はガラス、プラスチックいずれでもよい。下基板２は白色拡散板、白色ＬＥＤ、反射板などからなるバックライトユニット１７そのもので代用してもよい。基本パネルを集積して大型パネルを構成する場合、基本パネルの寸法精度が決定的に重要になる。従ってパネルに使用する基板寸法、張り合わせ精度、シール幅等厳密に寸法管理される必要がある。４つの側面のわずかな突起も望ましくない。従って所定寸法になるようバックライトユニットを設けてから４つの側面を必要なら研磨し、また側面電極板を用いる代りにあらかじめバックライトユニット側面に印刷、蒸着、スパッタなどで薄く精度の高い電極膜を形成しておく（あらかじめ電極膜厚に相当した凹みを設けておく場合もあり）のも精度を上げる方法である。
図１６は櫛型電極を用いたパネルを例に粒子集積部の透過率低減の影響を簡単なモデルで推測したものである。十分なコントラストが得られる濃度に分散した分散粒子をすべて上基板に集積したと想定し粒子層の厚みをｄ、画素の幅をＷとする。駆動電極に分散粒子をすべて集積し、櫛型駆動電極１本に粒子が半円状に集積していると仮定してその幅をｘとする。図１５で述べたようなパネルすなわち画素サイズを３ｍｍとし、駆動電極と共通電極間ピッチ５０μと１００μについて図１６（ロ）に示す簡単な式で求めた結果を図１６（ハ）に示した。ここでの開口率はシール部の影響は無視している。想定される通り、電極ピッチｐが大なるほど透過率低下は小さく、いずれの場合も着色力の強い（ｄが小）粒子を用いることが有利であること、また隠ぺい力の強い粒子ではｘは小さいから不透明駆動電極を用いるなら、電極幅で律足されないようできるだけ幅を狭くしておくことが望ましいことが分る。

本発明で使用する光変調素子の透明基板としてガラスやプラスチックフィルムが使用できるが特にフィルムは薄いから反射型で使用する積層パネルでは視角が広くとれる点で有利であるほかロールツーロールで連続量産できる特徴を有している。
図１７はロールツーロールでフィルムセルないしパネルを製造する例を示す。あらかじめ電極パタンが形成されたロール状フィルムが上ロールから供給されカプセル粒子の形態などで分散系が塗布される。一方電極取り出しのためのパンチング孔が空けられ印刷またはインクジェット描画などでＵＶシール樹脂などシール剤が設けられた下フィルム基板との間に気泡が残らないように両基板が位置合わせして貼合、固着される。パンチングなどで切断して１色用個片セルないしパネルを一括複数枚連続生産することが可能である。

フィルム材料としてはビニル系のポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリスチレン、フッ素樹脂系など、またポリエステル系のポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなど、ポリアミド系のナイロン、耐熱性エンジニアリングプラスチックとしてのポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミドなど種々のものが利用できる。

本発明の光変調素子で１０００：１以上の透過率変調を達成するには隔壁部を含む微粒子分散状態でのセルの光透過率を０．１％未満に押さえ込む必要があるが、隔壁部やカプセルのすき間からの光り抜けを防止した上でセルないしカプセルに含有される微粒子の濃度を選定することによって容易に達成可能である。反射型専用パネルでは光はセル内を２度通過するから粒子濃度は１／２でよい。

本発明に使用する材料について述べる。
微粒子としては先に述べた通りできるだけ隠ぺい力の高いものが望ましい。白黒用にはカーボンブラック、ピグメントブラック、黒鉛などまたはこれらが樹脂に埋め込まれたいわゆるトナーが使用できる。Ｃ，Ｍ，Ｙ微粒子としては印刷インキ、カラー複写機用トナー、インクジェット用インキなどに用いられているアゾ系、フタロシアニン系、ニトロ系、ニトロソ系など各種有機顔料や酸化鉄、カドミウムエロー、カドミウムレッドなどの無機顔料など多様なものを用いることが出来る。Ｙ色微粒子としてはハンザイエロー、ベンジジンイエロー、キノリンイエローなど、Ｍ色微粒子としてはピグメントレッド、ローダミンＢ、ローズベンガル、ジメチルキナクリドンなど、Ｃ色微粒子としてはアニリンブルー、フタロシアニンブルー、ピグメントブルーＫなど、黒色微粒子としてはＣ，Ｍ，Ｙ微粒子を混合して用いてもよい。微粒子は単体ばかりではなく帯電性や色調を最適化するため染料、顔料およびいくつかの色材を樹脂や液体と共に内包したカプセル微粒子を使用してもよい。粒子の形状は球形はじめ針状、棒状、鱗片状など異方形状のものは本願のように線状電極を用いる場合適したものと言える。何故なら分散状態では粒子はあらゆる方向を向いており、光線吸収能、光散乱能が高く、電極に集積した状態では針状や棒状粒子は電極に平行に配列しやすく、鱗片状では互いに重なり易いから、共に吸収ないし散乱断面積が減じコントラストが高まり易いからである。微粒子のサイズは５ｎｍ〜５μ程度が望ましい。微粒子は原子や分子レベルでの表面コートで表面変性したり、分散剤、界面活性剤等を用いて荷電性付与および良分散性がはかられ、電界で集積させた粒子層も逆電界で速やかに再分散されるように調整されている必要がある。粒子の荷電性向上と強い光照射下に於ても荷電状態の安定性確保が重要である。

本発明で使用するマイクロカプセルの製法は公知の種々の方法が適用できる。すなわち、
（１）化学的方法として代表的な界面重合法やin-site 重合法（界面反応法）
（２）物理
化学的方法として代表的な液中乾燥法、コアセルベーション法、融解分散冷却法（３）機
械的方法として代表的な噴霧乾燥法、乾式混合、オリフィス法などである。マイクロカプ
セルの膜材としてはゼラチン、アラビアゴム、メラミン樹脂、尿素樹脂、ホルマリン樹脂、
ウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、アミノ酸樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂など多様な
高分子材料が使用可能である。内部がガス体のマイクロカプセルは一般にマイクロバルーン
と称される。

微粒子を内蔵したマイクロバルーンの製法としては、（１）微粒子にたとえば紫外光照射で窒素ガス等を発生するジアゾ成分などを導入ないし表面に吸着させておき、微粒子群を高分子樹脂で覆って後、紫外光を照射して内部にガスを発生させて微粒子内蔵中空カプセルを形成する（２）粒子群を気泡と共にカプセル化する（３）ドライアイスなど常温近辺で気体状態の物質を低温で液体化あるいは微粉末固体化して微粒子と共に低温下でカプセル化するなどの方法が利用できる。分散系７がガス体のものは微粒子移動に抵抗が少ないから高速応答の表示パネルが可能になる。
屋外用では強力な光に曝されることになるから、使用する材料（透明基板、接着剤、微粒子、分散媒、カプセル材料、バインダー樹脂、隔壁材料、電極、など）には特に耐光性、耐高温性に優れたものを用いる必要がある。パネル表面はアクリル板などで補強したり紫外線吸収剤を内蔵したものないしは表面にコートして用いるべきである。見易さ改善には反射防止膜も有用である。

媒体が液体の場合シリコン系、石油系やハロゲン化炭化水素など多種類の高絶縁性溶媒が利用できる。

非直線素子材料としてはＴａ，Ａｌなどの薄膜を陽極酸化して他方の金属で挟み込んだＭＩＭや、カルコゲナイト系化合物、酸化亜鉛などの半導体が利用でき、ＴＦＴ材料としてはa−Ｓｉ、a-InGaZnO、ポリシリコンなどの無機半導体またペンタセン、ポリフルオレン、ポリフェキシルチオフェンなどの低分子や高分子の有機半導体が用いられる。

本発明は次のような効果を奏する。
請求項１に記載されている発明は、透明な２枚の基板間に、微粒子が分散された分散系が挟まれてセルを構成しており、基板面と平行な横電界により該微粒子を移動させて、該セルの基板に垂直方向の光透過性を変化させる表示装置において、該横電界はセルに設けた一対の線状電極によって形成され、セル内の微粒子の分散量を変えることによって光透過性を変化させるように構成したセルを２次元状に多数集合させ、背後にバックライトを設けたことを特徴とした大型表示装置であり、薄型構成でフルカラー表示を反射、透過両用で使用できるこれまでにない特徴を有するほか、昼間に反射で使用できるから著しく電力消費を削減できる優位性が発揮できるものである。

は従来の横電界粒子移動型表示装置の原理を示す横断面図である。は従来の横電界粒子移動型表示装置の原理を示す他の横断面図である。は本発明の横電界粒子移動型表示装置の原理を示す横断面図である。（Ａ）は本発明の表示装置の原理説明図。（Ｂ）、（Ｃ）は電極構成の正面図である。は本発明のカラー表示素子の横断面図である。は図５のカラー素子の電極取り出し構成を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図本発明のピン付きカラー素子を示す基本パネルを縦横に集合して大型パネルを構成する図図８の基本パネルの電極構成（Ａ）と電極基板の構成図（（Ｂ）〜（Ｄ））開口率を示す図本発明のカプセル粒子を用いたセルの断面図本発明のＣ，Ｍ，Ｙカプセル粒子を積層したカラーパネルの断面図図８の単位パネルを２端子アクティブマトリクスで構成する時のアレー製造工程図図８の単位パネルを３端子ＴＦＴで構成する時の１画素部の正面図図８の基本パネルの断面図（Ａ）と斜視図（Ｂ）は集積粒子の透過率低減の影響を推定したもの本発明のセルないしパネルをロールツーロールで製造する工程図

符号の説明

１透明上基板
２透明下基板
３隔壁
４セル
５微粒子
６−１駆動電極
６−２共通電極
７分散系
８バインダー
９スペーサ
１０カプセル粒子
１１接着剤
１２白色拡散板
１３光源
１４反射板
１５電極基板
１６導電樹脂
１７バックライトユニット
１８ C1,C2,C3,……… 列電極端子
１９ R1,R2,R3,……… 行電極端子
２０ＬＳＩドライバ
２１２端子素子
２２ＴＦＴ素子
２３層間絶縁膜
２４積層セル
２５電極ピン
２６パネル
２７回路基板
２８コネクタ
２９ワイア
３０カウンタ電極
３１コレクト電極

Claims

２枚の透明な基板間に、透明媒体中に微粒子が分散された分散系が挟まれてセルを構成しており、基板面と平行な横電界により該微粒子を移動させて、該セルの基板に垂直方向の光透過性を変化させる表示装置において、該横電界はセルに設けられた一対の線状電極によって形成され、セル内の微粒子の分散量を変えることによって光透過性を変化させるように構成した１画素からなる基本セルないし多画素からなる基本パネルを２次元状に多数集合させて大画面化したことを特徴とした大型表示装置
請求項１の表示装置は基本セルないし基本パネル背面に光源を設けていることを特徴とした大型表示装置
請求項１および請求項２の表示装置において、一対の線状電極は櫛型かないし渦状であることを特徴とした表示装置
請求項１〜請求項３において、微粒子がそれぞれシアン色透過性、マゼンタ色透過性、イエロー色透過性であり少なくともこれら３層が積層されてセルを構成しており、各色の透過性を独立に制御できるように構成されていることを特徴としたフルカラー表示装置。
請求項１〜請求項４において、基本セルないしは基本パネルの各画素がスタチック駆動ないしアクティブマトリクス駆動されるように構成されたことを特徴とした大型表示装置。
請求項１〜請求項５において、列方向にｍ画素、行方向にｎ画素を有する基本パネルを列方向にＭ枚、行方向にＮ枚配列し、総画素がｍ*Ｍ*ｎ*Ｎとなるように構成された表示装置であり、各パネルの電極をパネルと垂直方向にパネル外に延長し、パネルの背後に設けられた回路基板によって駆動されるか、またはパネルと垂直方向に設けた電極基板によって駆動されるように構成されていることを特徴とした大型表示装置。
請求項２〜請求項６において、表示装置の外部が明るい時は光源をオフとし反射型で表示し、表示装置に入射する外光の量が規定値より小さくなった時光源を点灯して発光型表示装置として働くように構成したことを特徴とした反射、透過共用の大型表示装置。
請求項１〜請求項７の表示装置において微粒子が分散されている分散媒は液体またはガス体であることを特徴とした表示装置。
請求項１〜請求項８においてセルは基板間に設けられた隔壁によって形成されているかまたは分散系を内蔵したカプセル粒子によって形成されていることを特徴とした表示装置。
請求項１〜請求項９において微粒子が針状、棒状または鱗片状の異方形状であることを特徴とした表示装置。
請求項４〜請求項１０の表示装置において、基板垂線からの角度をθ、画素サイズをＷとした時、必要な視野角θを得るために、１色当りの表示装置の厚みhが、h≦Ｗ／tan(θ)／３を満たすように構成されていることを特徴としたフルカラー表示装置。
請求項１〜請求項１１の表示装置は曲面形状になるように構成されていることを特徴とした表示装置。