JP2009098480A

JP2009098480A - 表示素子

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Publication number: JP2009098480A
Application number: JP2007270986A
Authority: JP
Inventors: Homare Shinohara; 誉篠原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】バリア部と光透過部とを電子制御により発生させると共に、発生したバリア部と光透過部との形状（数、幅、間隔）や、位置（位相）、濃度等を自由に可変制御できるようにした表示素子を提供する。
【解決手段】表示素子１０は、荷電をもつ少なくとも１種の電気泳動粒子３８を有する電気泳動素子を用いてバリア部１２と光透過部１４とを電子制御により発生させる調光部１８と、バリア部１２の発生位置から所定距離Ｘを隔てて表示画面２０が配置され、第１画素３２と、第２画素３４と、が少なくとも一方向に交互に配列されており、第１画素３２が表示する第１画像と第２画素３４が表示する第２画像とを表示画面２０に出力表示可能な表示部１６と、を含み、調光部１８は、調光部１８の光の透過率が最も高い状態において、電気泳動粒子３８を表示部１６の第１画素３２と第２画素３４との間の領域にオーバーラップさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子に関するものである。

従来、観察者に特殊なメガネを使用させることなく３次元画像を観察させ得る３次元画像表示装置として、パララックス・バリア（Parallax barrier）方式の画像表示装置が知られている。この方式では、バリアと称されている細かいストライプ状の遮光スリットが画像表示装置の前方、即ち観察者側に配置される。観察者が、バリアを介して観察した場合、観察者の右目に右目用画像が、左目には左目用画像が見えることになり、それによって、３次元画像の観察が可能とされる。

図１３（Ａ）に２次元画像表示、図１３（Ｂ）に３次元画像表示の原理図をそれぞれ図示した。液晶表示デバイスを用いて電子的にバリアを発生させて画像を立体視するもので、図１３（Ａ）に示すように、２次元画面表示では、液晶表示デバイス１１４にバリアの発生はなく２次元画像を観察している。又、図１３（Ｂ）に示すように、３次元画像表示では、液晶表示デバイス１１４にバリアを発生させて、バリア部１１６を介して、バリアの後方に一定の距離Ｘだけ離れた立体画像表示面１１８に表示された立体画像を、観察者Ａより観察している。

上記のようなストライプを用いた３次元画像表示装置として、図１４に示すような、バリア液晶構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このバリア液晶構造は、液晶表示パネル１２０と、液晶表示デバイス１１４と、を備えている。又、図１５に示すような、位相差板構造も提案されている。この位相差板構造は、液晶表示パネル１２０と、液晶表示デバイス１２２と、を備えている。又、液晶表示デバイス１２２は、位相差板１２４を備えている。

一方、メガネ不要の３次元画像表示方式には、上記のパララックス・バリア方式の他に、レンティキュラ方式、バリフォーカルミラー方式、インテグラル・フォトグラフィー方式、ホログラフィー方式等いくつかの方式があるが、これらの方式の説明は本発明と直接関係ないので省略する。

特開平８−９４９６８号公報

以上述べてきた従来のパララックス・バリア方式では、図１３（Ｂ）に示すように、画素部からバリアまでの距離Ｘと適視距離Ｙとは相関関係があり、適視距離Ｙを短くするためには距離Ｘを小さくする必要がある。図１４に示すバリア液晶構造では、ガラス基板１２６、偏光板１２８、及びガラス基板１３０のそれぞれの厚みの和が距離Ｘにあたる。ところが、１．適視距離Ｙを短くするために、ガラス基板１２６，１３０を研磨し距離Ｘを小さくする必要があるが、偏光板１２８の厚み分、ガラス基板１２６，１３０の研磨量が増える（コストＵＰにつながる）。２．研磨して薄くなったガラス基板１２６，１３０に偏光板１２８を貼るのは難しい。３．偏光板１２８の分だけ素子全体の厚みが大きくなる。４．液晶表示デバイスを使用するためＯＮ状態、ＯＦＦ状態を維持するのに電圧を印加し続ける必要がある（但し、強誘電性液晶、コレステリック液晶は除く）。５．液晶表示デバイスを使用するため交流回路が必要になる。等の問題点がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］荷電をもつ少なくとも１種の電気泳動粒子を有する電気泳動素子を用いてバリア部と光透過部とを電子制御により発生させる調光部と、前記バリア部の発生位置から所定距離を隔てて表示画面が配置され、第１画素と、第２画素と、が少なくとも一方向に交互に配列されており、前記第１画素が表示する第１画像と前記第２画素が表示する第２画像とを前記表示画面に出力表示可能な表示部と、を含み、前記調光部は、前記調光部の光の透過率が最も高い状態において、前記電気泳動粒子を前記表示部の前記第１画素と前記第２画素との間の領域にオーバーラップさせることを特徴とする表示素子。

これによれば、バリア部と光透過部とを電子制御により発生させると共に、発生したバリア部と光透過部との形状（数、幅、間隔）や、位置（位相）、濃度等を自由に可変制御できるようにしたので、２次元画像表示素子としても、又３次元画像表示素子としても使用することができ、両立性のある表示素子を実現することができる。

又、従来の液晶を使った機構に比べ、偏光板の数が減少した分、素子全体を薄くすることができるので適視距離の調整がしやすくなる。又、光透過性基板の研磨量を抑えることができるのでコストを削減できる。更に、その光透過性基板に偏光板を貼る必要がないので作業が容易になる。又、電気泳動素子のメモリ性で消費電力を低減できる。

更に、調光部の光の透過率が最も高い状態において、電気泳動粒子を表示部の第１画素と第２画素との間の領域にオーバーラップさせるので、輝度低下を抑えることができる。

［適用例２］上記表示素子であって、前記調光部は、第１基板と、前記第１基板上に設けられた平面状の第１電極と、前記第１電極側に、前記第１基板に対向して設けられた第２基板と、前記第２基板上に、前記第１電極に対向して設けられた平面状の第２電極と、前記第１及び第２基板間に狭持された前記電気泳動素子を含む分散層と、を含むことを特徴とする表示素子。

これによれば、バリア部と光透過部とを発生させる調光部を形成することが容易になる。

［適用例３］上記表示素子であって、前記第１基板、前記第２基板、前記第１電極、及び前記第２電極は、光透過性を有する材料で構成されていることを特徴とする表示素子。

これによれば、明るさと高コントラストが両立した表示素子を実現することが容易になる。

［適用例４］上記表示素子であって、前記調光部は、前記分散層の所定位置の光の透過率を変化させることで、前記バリア部を発生させることを特徴とする表示素子。

これによれば、バリア部と光透過部とを電子制御により発生させることが容易になる。

［適用例５］上記表示素子であって、前記調光部は、前記表示部が３次元画像或いは多画面画像を表示する際に、前記バリア部を発生させることを特徴とする表示素子。

これによれば、両立性のある表示素子を実現することが容易になる。

［適用例６］上記表示素子であって、前記調光部は、前記表示部が単なる２次元画像を表示する際には、前記バリア部の発生を停止してバリア発生面が無色透明のパネルとなることを特徴とする表示素子。

［適用例７］上記表示素子であって、前記調光部は、前記バリア部の数、幅、開口比及び間隔を含む形状や発生位置を指示入力に応じて自在に可変制御する制御部を有することを特徴とする表示素子。

これによれば、バリア部と光透過部とを電子制御により発生させることが更に容易になる。

［適用例８］上記表示素子であって、前記制御部は、前記調光部を直流駆動で制御することを特徴とする表示素子。

これによれば、直流駆動制御を可能とすることで低消費電力化が容易になる。

［適用例９］上記表示素子であって、前記表示部は、対向する２電極間に電気光学物質層を有した調光型素子であることを特徴とする表示素子。

これによれば、表示部の構成が容易になる。

［適用例１０］上記表示素子であって、前記表示部は、対向する２電極間に電気光学物質層を有した自発光型素子であることを特徴とする表示素子。

これによれば、偏光板を使用しない分素子全体の厚みを抑えることが容易になる。

［適用例１１］荷電をもつ少なくとも１種の電気泳動粒子を有する電気泳動素子を用いてバリア部と光透過部とを電子制御により発生させる調光部と、前記バリア部の発生位置から所定距離を隔てて表示画面が配置され、第１画素と、第２画素と、が少なくとも一方向に交互に配列されており、前記第１画素が表示する第１画像と前記第２画素が表示する第２画像とを前記表示画面に出力表示可能な表示部と、を含み、前記調光部は、前記第１画素から第１の方向に向かう光を透過させ、前記第１画素から第２の方向に向かう光を遮光すると共に、前記第２画素から前記第２の方向に向かう光を透過させ、前記第２画素から前記第１の方向に向かう光を遮光する第１の状態と、前記第１画素から前記第１及び第２の方向に向かう光を透過させると共に、前記第２画素から前記第１及び第２の方向に向かう光を透過させる第２の状態と、を切り替えることが可能であり、前記第２の状態において、前記電気泳動粒子を前記表示部の前記第１画素と前記第２画素との間の領域にオーバーラップさせることを特徴とする表示素子。

［適用例１２］上記表示素子であって、前記表示部の前記第１画素と前記第２画素との間の領域には、表示に寄与しない非表示部が設けられていることを特徴とする表示素子。

これによれば、調光部の光の透過率が最も高い状態において、電気泳動粒子を表示部の第１画素と第２画素との間の領域にオーバーラップさせることが容易になる。

実施形態について図面を参照して以下に説明する。
尚、説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る表示素子１０を示す断面図である。図１（Ａ）は、バリアが発生していない状態を示している。図１（Ｂ）は、バリア部１２と光透過部１４とが発生している状態を示している。本実施形態に係る表示素子１０は、立体視を可能とする３次元画像表示装置として機能することができ、又、通常の２次元画像表示装置としても機能することができる。表示素子１０は、３次元画像表示装置として機能する場合には、観察者Ａの左目方向（第１の視方向）と右目方向（第２の視方向）とで異なる画像を表示する指向性表示モードで動作する。一方、表示素子１０は、２次元画像表示装置として機能する場合には、第１の視方向及び第２の視方向のいずれの方向にも同一の画像を表示する非指向性表示モードで動作する。

表示素子１０は、表示部としての液晶表示パネル１６と、調光部１８と、後述する制御部（図示省略）と、を含んでいる。又、調光部１８のバリア部１２と光透過部１４との発生位置から所定距離Ｘを隔てて液晶表示パネル１６の表示画面２０が配置されるように、液晶表示パネル１６が配置されている。又、観察者Ａ側から調光部１８、液晶表示パネル１６の順に配置されている。

液晶表示パネル１６は、一対の光透過性基板としてのガラス基板２２，２４を、所定間隔で対向させ、その間には電気光学物質としてのＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶２６が封入されている調光型素子である。ガラス基板２２とガラス基板２４との間隔は、スペーサ２５により定められている。又、液晶２６に電圧を印加するために、共通電極（図示せず）がガラス基板２４上に、表示電極（図示せず）がガラス基板２２上に形成されている。又、アクティブマトリクス型液晶表示を行うために、上記ガラス基板２２，２４の外側には、それぞれ、偏光板２８，３０が設けられている。液晶表示パネル１６は、第１画素３２と、第２画素３４と、が少なくとも一方向に交互に配列されている。液晶表示パネル１６は、第１画素３２が表示する第１画像と第２画素３４が表示する第２画像とを表示画面２０に出力表示可能である。そして、その表示画面２０から所定距離Ｘを隔ててバリア部１２と光透過部１４とが配置されるように、調光部１８が配置されている。

この調光部１８について図２〜図５を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る表示素子１０を示す断面図である。図３は、表示素子１０が備える制御部３６の概略構成を示すブロック図である。図４は、本実施形態に係る調光部１８を示す透視斜視図である。図４（Ａ）は、バリアが発生していない状態を示している。図４（Ｂ）は、バリア部１２と光透過部１４とが発生している状態を示している。図５は、本実施形態に係る表示素子１０を示す断面及びその平面図である。図５（Ａ）は、バリアが発生していない状態を示している。図５（Ｂ）は、バリア部１２と光透過部１４とが発生している状態を示している。図２に示すように、調光部１８は、ある色を有する電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とからなる電気泳動素子を含む分散層４２を有し、この分散層４２が、第１基板としてのガラス基板４４と第２基板としてのガラス基板４６及び二つの基板間を支持、封止するためのスペーサ基板４８に挟まれた空間に保持されている。電気泳動素子は、横電界方式である。

図２に示す構成を有する調光部１８の場合、観測者Ａはガラス基板４６の外側からガラス基板４４に向かって液晶表示パネル１６を見ることになるため、ガラス基板４４，４６は光透過性を有する。ガラス基板４４の分散層４２側表面には第１電極５０が設けられている。第１電極５０の表面は、絶縁体５２により被覆されている。ガラス基板４６の分散層４２側表面には第２電極５４が設けられている。第２電極５４の表面は、絶縁体５６により被覆されている。電極の断面形状は第１電極５０と第２電極５４とで少なくとも異なっており、断面積が小さい側が非表示部としてのブラックマトリクス１０４とオーバーラップするように設けられている。更には、ブラックマトリクス１０４と完全にオーバーラップすることで、画素からの光を遮らないことが好ましい。例えば、図２に示すように、断面積が小さい側の第２電極５４はブラックマトリクス１０４とオーバーラップしている。言い換えると、第２電極５４は第１画素３２と第２画素３４との間のブラックマトリクス１０４の延長線上にあり、その幅はブラックマトリクス１０４の幅と同程度である。

又、液晶表示パネル１６は、２つのガラス基板２２，２４によって挟まれた液晶２６において、第１駆動回路５８が出力する駆動信号の変化（共通電極と表示電極との間の電圧の変化）に応じて液晶分子の配向が変化する。ここで、第１駆動回路５８は、後述する制御部から与えられた画像信号に基づいて駆動信号ＦＳを生成して液晶表示パネル１６に出力し、これに応じて液晶表示パネル１６に画像が表示される。

この制御部３６は、図３に示すように、ＣＰＵ６０と、ユーザインタフェース（ＵＩ）処理部６２と、操作パネル６４と、リモコン６６と、画像処理部６８と、入力インタフェース部７０と、を備えている。入力インタフェース部７０は、図示しない画像再生装置（ＤＶＤプレーヤやコンピュータ等）から入力される画像信号を所定フォーマットの画像データとして画像処理部６８に渡す。入力インタフェース部７０には、３次元画像表示用の画像信号（左目用の第１画像と右目用の第２画像との合成画像の画像信号）又は通常表示用（２次元画像表示用）の画像信号が入力される。画像処理部６８は、入力した画像データについて、リサイズを行ったり明るさやコントラスト等の調整を行ったりした上で、画像信号ＦＳを第１駆動回路５８に出力する。ＵＩ処理部６２は、操作パネル６４やリモコン６６から入力される観察者Ａからの指示をＣＰＵ６０に伝える。そして、ＣＰＵ６０は、観察者Ａからの指示に従って、画像処理部６８や第２駆動回路７２等を制御する。

操作パネル６４及びリモコン６６には、指向性表示モードと非指向性表示モードとを切り替えるための表示モード切り替えスイッチ（図示省略）が設けられている。観察者Ａは、この表示モード切り替えスイッチ（図示省略）を操作することで、入力される画像の種類（３次元画像／２次元画像）に応じて表示モードを切り替える（指定する）ことができる。観察者Ａが表示モードを切り替えると、指定された表示モードの情報がＵＩ処理部６２からＣＰＵ６０に通知される。そして、ＣＰＵ６０は、指定された表示モードを示す表示モード信号ＭＳを第２駆動回路７２に送信する。第２駆動回路７２は、受信した表示モード信号ＭＳの示す表示モードに応じて、２つのガラス基板４４，４６が備える第１及び第２電極５０，５４に駆動信号を出力する（図２参照）。具体的には、駆動信号が出力された時、電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とに電圧が供給される。つまり、電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とに常時電圧を印加しておく必要はない。

尚、第１及び第２電極５０，５４に出力する駆動信号は、定期的に電圧が印加され、リフレッシュされてもよい。又、この調光部１８にバリア部１２と光透過部１４とを発生させるのは、３次元画像表示の場合であって、２次元画像表示の際には、制御部３６はそのバリア部１２の発生を停止し、画像表示領域の全域にわたって光を透過する状態に調光部１８を駆動制御する。これによって、本装置は、２次元画像表示装置としても使用することができる。

又、この調光部１８にバリア部１２と光透過部１４とを発生させるのは、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、３次元画像表示の場合である。２次元画像表示の際には、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すように、制御部３６（図３参照）はそのバリア部１２と光透過部１４との発生を停止する。その際、制御部３６は、図５（Ａ）に示すように、電気泳動粒子３８を液晶表示パネル１６の第１画素３２と第２画素３４との間の領域にオーバーラップさせ、画像表示領域の全域にわたって無色透明な状態となるように調光部１８を駆動制御する。これによって、本装置は、２次元画像表示装置としても使用することができる。

図２に示す第１及び第２基板４４，４６としては、本実施形態ではガラス基板を用いたが、光学的に光透過性であれば特に限定はされないが、好適な例を挙げれば、ホスファゼン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリシクロヘキシルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・マレイミド共重合体、ポリシクロヘキシルメタクリレート樹脂、ポリ４−メチルペンテン−１樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレート樹脂、透明ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）樹脂、エチレンノルボルネン共重合体、及び日本ゼオン社製のＺＯＮＯＲ（登録商標）やＺＥＯＮＥＸ（登録商標）に代表されるシクロオレフィン系ポリマーである。この透明基板は着色されていてもよい。着色はグレー、ブラウン等の中間色が好ましい。

電気泳動粒子３８は、流体に安定に分散され、単一の極性を有すると共に、その粒径分布が小さいことが、表示素子の寿命、コントラスト、解像度等の観点から望ましい。又、その粒径は、０．１μｍ〜５μｍが好ましい。この範囲内であると、光散乱効率が低下せず、電圧印加時において十分な応答速度が得られる。電気泳動粒子３８の材料としては、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化アルミニウム、セレン化カドミウム、カーボンブラック、硫酸バリウム、クロム酸鉛、硫化亜鉛、硫化カドミウム等の無機顔料、或いはフタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエロー、ウオッチングレッド、ダイアリーライドイエロー等の有機顔料を用いることができる。

電気泳動粒子３８を分散させる光透過性流体４０としては、電気泳動粒子３８に対する溶解能が小さく電気泳動粒子３８を安定に分散でき、イオンを含まず且つ電圧印加によりイオンを生じない絶縁性のものが望ましい。更に、電気泳動粒子３８の浮沈防止のためには電気泳動粒子３８と比重が略等しく、電圧印加時における電気泳動粒子３８の移動度の面から粘性の低いものが好ましい。比較的多くの電気泳動粒子材料に対して用いることのできる絶縁性液体としては例えば、ヘキサン、デカン、ヘキサデカン、ケロセン、トルエン、キシレン、オリーブ油、リン酸トリクレシル、イソプロパノール、トリクロロトリフルオロエタン、ジブロモテトラフルオロエタン、テトラクロロエチレン等を挙げることができる。尚、電気泳動粒子３８の浮沈防止のために電気泳動粒子３８との比重整合を行う場合等は混合流体の利用も可能である。

又、電気泳動粒子３８の分散層４２における混合重量率は、電気泳動粒子３８の電気泳動性が阻害されず、且つ分散層４２の反射制御が十分に行える限り特に限定されるものではないが、例えば１重量％〜２０重量％が好ましい。

又、電気泳動粒子３８の荷電を増加させるため、或いは同極性にするために、必要に応じて、前述の光透過性流体４０に、樹脂、界面活性剤等の添加剤を加えることができる。

又、分散層４２の厚さは電気泳動粒子３８の径より大きく、粒子の運動を妨げない限り特に限定されるものではないが、電圧印加時の速い応答速度のためには、できるだけ薄いことが望ましい。このような観点から、分散層４２の好ましい厚さは、５μｍ〜２００μｍである。

第１電極５０及び第２電極５４の材料としては、アルミニウム、銅、銀、金、白金等の良導電性のものが好ましい。又、光透過性電極材料としては、酸化スズ、酸化インジウム、ヨウ化銅等の薄膜を好ましく用いることができる。又、電極形成は蒸着、スパッタリング、フォトリソグラフィ等通常の方法で行うことができる。又、第２電極５４が設けられている絶縁体５６、及び第２電極５４と第１電極５０との間に設けられている絶縁体７４の材料は、例えば、光透過性樹脂（ＰＥＴ、ポリカーボネート等が望ましい）で、２次元画像表示及び３次元画像表示ともに光透過性が必要とされる。

又、シール部材７６としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、変成ポリマー系等の光透過性材料でＵＶ硬化樹脂が好ましいが、これに限定されるものではない。

上記構成の表示素子１０による３次元画像を表示する動作について説明する。液晶表示パネル１６を観察者Ａ側から見た場合、図１に示すように、第１電極５０は、隣接するガラス基板２４上に形成された表示電極（図示せず）の上に跨り、その隣接する表示電極の一部領域をそれぞれ覆い、右目用画像は右目のみで左目用画像は左目のみで観察されるように設けられている。

３次元画像を表示する場合には、液晶表示パネル１６において、右目用画像及び左目用画像が図面上横方向に交互（或いは同時）に表示される。これは、ガラス基板２２上に形成された共通電極とガラス基板２４上に形成された表示電極との間に電圧を印加することにより、液晶２６の液晶分子を右目用画像領域及び左目用画像領域において配向を制御することにより行うことができる。

調光部１８は、荷電を有する電気泳動粒子と絶縁性液体からなる電気泳動素子を含む分散層４２と、この分散層４２を挟んで対峙する一組の第１及び第２電極５０，５４とからなり、この第１及び第２電極５０，５４を介して分散層４２に電場を印加することによって、電気泳動粒子３８をその荷電と反対極性の電極上に移動させて表示を行うものである。その結果、第１電極５０上の領域が液晶表示パネル１６から入射してきた光を遮断するストライプ状のシャッターとして機能する。即ち、第１電極５０が設けられている領域が、バリア部１２を構成することになる。バリア部１２は、液晶表示パネル１６から入射してきた光を反射或いは吸収して遮断する。

具体的には、制御部３６によって、第１電極５０が電気泳動粒子３８と異なった極性、第２電極５４が電気泳動粒子３８と同じ極性となるように電圧を印加されると、電気泳動粒子３８は、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、第１電極５０を被覆している絶縁体５２に移動し、その表面を覆う。このときガラス基板４４の外側から装置を見ている観測者Ａ（図２参照）は、電気泳動粒子３８の色を視認する。次に、制御部３６で第１電極５０、第２電極５４にかかる電圧の極性を反転させると、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すように、電気泳動粒子３８は、第２電極５４（図２参照）に移動し、その表面を覆う。尚、電気泳動粒子３８、電圧印加後、制御部３６と第１電極５０及び第２電極５４の接続を切断した状態でも、電気泳動粒子３８の第１電極５０或いは第２電極５４への吸着が持続するというメモリ機能を付加することも可能である。

従って、液晶表示パネル１６で発生した右目用画像が、観察者Ａの左目に入射しないように、且つ左目用画像が右目に入射しないように、調光部１８により遮断される。即ち、調光部１８は、右目用画像が左目に、左目用画像が右目に入射することを遮断するために設けられている。

調光部１８は、第１電極５０と第２電極５４との間の印加電圧の絶対値に応じて光の透過率が変化し、バリア部１２と光透過部１４とを発生させる。又、調光部１８の制御は、直流駆動で行うことができるため、複雑な駆動回路を必要としない。又、調光部１８には、メモリ機能があり消費電力を低減できる。

調光部１８は、第１の状態として、第１画素３２から第１の方向に向かう光を透過させ、第１画素３２から第２の方向に向かう光を遮光する。と共に、第２画素３４から第２の方向に向かう光を透過させ、第２画素３４から第１の方向に向かう光を遮光する。又、調光部１８は、第２の状態として、第１画素３２から第１及び第２の方向に向かう光を透過させる。と共に、第２画素３４から第１及び第２の方向に向かう光を透過させる。調光部１８は、第２の状態において、電気泳動粒子３８を液晶表示パネル１６の第１画素３２と第２画素３４との間の領域にオーバーラップさせる。

上記構成の調光部１８の製造方法について図２を参照して説明する。各部材の選択、形成、及び設定を以下のようにして行った。第１及び第２基板４４，４６として厚さ０．５ｍｍ〜５ｍｍの光透過性なガラス板を用いた。又、スペーサ基板４８として厚さ２０μｍ〜５０μｍのＳｉＯ₂（又は樹脂）を用いた。又、絶縁体７４として光透過性樹脂（ＰＥＴ、ポリカーボネート等が望ましい）を用いた。絶縁体７４を形成して、バリアの遮光部分及び開口部分を各々幅１００μｍ〜２００μｍに設定した。第１電極５０は、ガラス基板４４の分散層４２側表面に光透過性な酸化インジウムを厚さ約１０μｍに蒸着して作製した。又、第２電極５４は、スペーサ基板４８及び絶縁体７４の分散側側面にニッケルを幅１０μｍ、厚さ約１０μｍに電解析出して作成した。絶縁体５２は、第１電極５０への電気泳動粒子３８の不可逆的な吸着を防止する。絶縁体５２は、光透過性樹脂（ＰＥＴ、ポリカーボネート等が望ましい）を厚さ５０μｍ〜１００μｍで形成した。

又、分散層４２は、以下の通り準備した。先ず、電気泳動粒子３８として黒色樹脂トナー（粒径１μｍ〜５μｍ）を、又光透過性流体４０としてイソプロパノールを用い、両者を電気泳動粒子３８の混合重量率が１０％となるように混合し、更に分散安定性の向上のために微量の界面活性剤を添加し、分散層４２を準備した。この場合、電気泳動粒子３８は表面が正に帯電している。尚、分散層４２は、ガラス基板４４とガラス基板４６及び二つの基板間を支持、封止するためのスペーサ基板４８に挟まれた空間に保持され、シール部材７６を用いてＵＶ硬化或いは熱硬化により封止した。

このようにして得られた調光部１８の一画素分の駆動動作を以下に示す。先ず、制御部３６により第１電極５０、第２電極５４を各々負極、正極となるように電圧３０Ｖの直流電圧を印加すると正に帯電した電気泳動粒子３８は、第１電極５０に移動し、第１電極５０を被覆している絶縁体５２の表面に吸着する。このとき、ガラス基板４６側から観測すると、電気泳動粒子３８の黒色が観測される。この状態は制御部３６と各電極との電気的接続を切り電圧印加を止めた以降も持続され、本表示装置がメモリ機能を有することを示した。次に、先の場合と極性を反転して電圧印加を行うと、すなわち第１電極５０が正極、第２電極５４が負極となるように３０Ｖの直流電圧を印加すると、電気泳動粒子３８は第１電極５０から第２電極５４に移動しその表面に吸着する。

以上説明したように、本実施形態によれば、バリア部１２と光透過部１４とを電子制御により発生させると共に、発生したバリア部１２と光透過部１４との形状（数、幅、間隔）や、位置（位相）、濃度等を自由に可変制御できるようにしたので、２次元画像表示素子としても、又３次元画像表示素子としても使用することができ、両立性のある表示素子１０を実現することができる。

又、従来の液晶を使った機構に比べ、偏光板の数が減少した分、素子全体を薄くすることができるので適視距離の調整がしやすくなる。又、光透過性基板の研磨量を抑えることができるのでコストを削減できる。更に、その光透過性基板に偏光板を貼る必要がないので作業が容易になる。又、電気泳動素子のメモリ性及び直流駆動制御を可能とすることで消費電力を低減できる。

更に、調光部１８の光の透過率が最も高い状態において、電気泳動粒子３８を表示部１６の第１画素３２と第２画素３４との間の領域とオーバーラップする領域に発生させるので、輝度低下を抑えることができる。

（第２の実施形態）
図６は、本実施形態に係る表示素子７８を示す断面図である。尚、上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る表示素子７８は、表示部としての液晶表示パネル１６と、調光部８０と、を含んでいる。

調光部８０は、一対の第１及び第２基板としてのガラス基板２４，４６を、所定間隔で対向させ、その間に電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とを挟み込んだ構成である。又、電気泳動粒子３８に電圧を印加するために、第１電極５０がガラス基板２４上に、第２電極５４がガラス基板４６上に形成されている。

これは、第１の実施形態の液晶表示パネル１６のガラス基板２４と調光部１８のガラス基板４４との機能を一本化して、第１電極５０を直接ガラス基板２４に形成することにより、表示素子１０で使用したガラス基板４４を本実施形態では不要にした。

これによれば、ガラス基板の数が減少した分、素子全体を薄くすることができるので適視距離の調整がしやすくなる。又、ガラス基板の研磨量を抑えることができコストの削減及び作業が容易になる。

（第３の実施形態）
図７は、本実施形態に係る表示素子８２を示す断面図である。尚、上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る表示素子８２は、表示部としての有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示パネル８４と、調光部１８と、を含んでいる。又、調光部１８のバリア面上のバリア部１２と光透過部１４との発生位置から所定距離Ｘを隔てて有機ＥＬ表示パネル８４の表示画面２０が配置されるように、有機ＥＬ表示パネル８４が配置されている。又、観察者Ａ側から調光部１８、有機ＥＬ表示パネル８４の順に配置されている。

有機ＥＬ表示パネル８４は、ガラス基板８８上に成膜形成されたＥＬ素子部９０を内側にして、ガラス基板９２が固定されている。ＥＬ素子部９０は、陽極として機能するＩＴＯ膜からなる画素電極と、この画素電極からの正孔を注入／輸送する正孔注入輸送層と、有機ＥＬ材料からなる発光層と、電子を注入／輸送する電子注入輸送層と、アルミニウムやアルミニウム合金からなる陰極とを備えている（いずれも図示せず）。

電極の断面形状は第１電極５０と第２電極５４とで少なくとも異なっており、断面積が小さい側が非表示部としての隔壁９３とオーバーラップするように設けられている。更には、隔壁９３と完全にオーバーラップすることで、画素からの光を遮らないことが好ましい。断面積が小さい側の第２電極５４は隔壁９３とオーバーラップしている。言い換えると、第２電極５４は第１画素３２と第２画素３４との間の隔壁９３の延長線上にあり、その幅は隔壁９３の幅と同程度である。

（第４の実施形態）
図８は、本実施形態に係る表示素子９４を示す断面図である。尚、上記第３の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る表示素子９４は、表示部としての有機ＥＬ表示パネル８４と、調光部９６と、を含んでいる。

調光部９６は、一対の第１及び第２基板としてのガラス基板９２，４６を、所定間隔で対向させ、その間に電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とを挟み込んだ構成である。又、電気泳動粒子３８に電圧を印加するために、第１電極５０がガラス基板９２上に、第２電極５４がガラス基板４６上に形成されている。

これは、第３の実施形態の有機ＥＬ表示パネル８４のガラス基板９２と調光部１８のガラス基板４４との機能を一本化して、第１電極５０を直接ガラス基板９２に形成することにより、表示素子８２で使用したガラス基板４４を本実施形態では不要にした。

尚、第３の実施形態の有機ＥＬ表示パネル８４のガラス基板９２と調光部１８のガラス基板４４との機能を一本化して、調光部１８と、ＥＬ素子部９０を形成したガラス基板８８とを貼り合わせることにより形成してもよい。これにより、調光部１８は有機ＥＬ素子の封止部材として機能する。又、有機ＥＬ表示パネル８４を形成した後に調光部９６を形成してもよい。

（第５の実施形態）
図９は、本実施形態に係る表示素子９８を示す断面図である。尚、上記第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る表示素子９８は、表示部としての液晶表示パネル１６と、調光部１００と、を含んでいる。

調光部１００は、一対の第１及び第２基板としてのガラス基板４４，４６を、所定間隔で対向させ、その間に電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とを挟み込んだ構成である。光透過性流体４０及び電気泳動粒子３８は、分散層としての光透過性カプセル１０２に内包され、上下に配置した第１電極５０と第２電極５４との間に設けられている。

光透過性カプセル１０２は、一方の電極の第１電極５０の電極全体と接しており、他方の電極の第２電極５４とは一部しか接していない。光透過性カプセル１０２の断面形状は、第１電極５０側を底辺とする三角形状である。光透過性カプセル１０２と第２電極５４との接点は第１画素３２と第２画素３４との間のブラックマトリクス１０４の延長線上にあり、接点の幅はブラックマトリクス１０４の幅と同程度である。光透過性カプセル１０２の材料は、例えば、光透過性樹脂（ＰＥＴ、ポリカーボネート等が望ましい）で、２次元画像表示及び３次元画像表示ともに光透過性が必要とされる。

これは、第１の実施形態の絶縁体５２，５６，７４の機能を一本化して、光透過性カプセル１０２にすることにより、絶縁体５２，５６，７４を本実施形態では不要にし、更に光透過性流体４０の使用量を減少させた。

これによれば、光透過性カプセル１０２を使用することでコストの削減及び作業が容易になる。

（第６の実施形態）
図１０は、本実施形態に係る表示素子１０５を示す断面図である。尚、上記第５の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る表示素子１０５は、表示部としての液晶表示パネル１６と、調光部１０６と、を含んでいる。

調光部１０６は、一対の第１及び第２基板としてのガラス基板４４，４６を、所定間隔で対向させ、その間に電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とを挟み込んだ構成である。光透過性流体４０及び電気泳動粒子３８は、分散層としての光透過性カプセル１０７に内包され、上下に配置した第１電極５０と第２電極５４との間に設けられている。

光透過性カプセル１０７は、一方の電極の第１電極５０の電極全体と接しており、他方の電極の第２電極５４とは一部しか接していない。光透過性カプセル１０７の断面形状は、第１電極５０側を底辺に半円形状である。光透過性カプセル１０７と第２電極５４との接点は第１画素３２と第２画素３４との間のブラックマトリクス１０４の延長線上にあり、接点の幅はブラックマトリクス１０４の幅と同程度である。光透過性カプセル１０７の材料は、例えば、光透過性樹脂（ＰＥＴ、ポリカーボネート等が望ましい）で、２次元画像表示及び３次元画像表示ともに光透過性が必要とされる。

これは、第１の実施形態の絶縁体５２，５６，７４の機能を一本化して、光透過性カプセル１０７にすることにより、絶縁体５２，５６，７４を本実施形態では不要にし、更に光透過性流体４０の使用量を減少させた。

これによれば、光透過性カプセル１０７を使用することでコストの削減及び作業が容易になる。

以上説明したように、バリア部１２と光透過部１４とを電子式に発生させると共に、発生したバリア部１２と光透過部１４との形状（数、幅、間隔）、位置（位相）、及び濃度等を自由に可変制御できるようにしたので、２次元画像表示素子としても、又３次元画像表示素子としても使用することができ、両立性のある表示素子を実現することができる。又、バリア部１２と光透過部１４との形状を電子式に可変できるので、１台のディスプレイで２眼式のみならず多眼式の立体画像表示素子として使用することができる。更に、バリアを平面状ばかりでなく、曲面状にも構成することにより、ＣＲＴ等の曲面状のディスプレイにも適用できる。

（変形例）
図１１は、第６の実施形態の変形例に係る表示素子１０８を示す断面図である。尚、上記第６の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る表示素子１０８は、表示部としての液晶表示パネル１６と、調光部１０９と、を含んでいる。

調光部１０９は、一対の第１及び第２基板としてのガラス基板４４，４６を、所定間隔で対向させ、その間に電気泳動粒子３８と光透過性流体４０とを挟み込んだ構成である。光透過性流体４０及び電気泳動粒子３８は、分散層としての光透過性カプセル１１０に内包され、上下に配置した第１電極５０と第２電極５４との間に設けられている。

光透過性カプセル１１０は、一方の電極の第１電極５０の電極全体と接しており、他方の電極の第２電極５４とは一部しか接していない。光透過性カプセル１１０の断面形状は、第１電極５０側と第２電極５４側とで少なくとも異なっており、断面積が小さい側がブラックマトリクス１０４とオーバーラップするように設けられている。又、第１及び第２電極５０，５４の電極面積が小さい方、或いは光透過性カプセル１１０の断面積が小さい側は、少なくともブラックマトリクス１０４とオーバーラップするように設けられている。更には、ブラックマトリクス１０４と完全にオーバーラップすることで、画素からの光を遮らないことが好ましい。例えば、図１１に示すように、光透過性カプセル１１０の断面形状は台形である。その断面積が小さい側の第２電極５４側はブラックマトリクス１０４とオーバーラップしている。言い換えると、光透過性カプセル１１０と第２電極５４との接点は第１画素３２と第２画素３４との間のブラックマトリクス１０４の延長線上にあり、接点の幅はブラックマトリクス１０４の幅と同程度である。

尚、液晶表示パネル１６に含まれる液晶２６のモードは、ＴＮモードに限らず、ＶＡ（Vertical Alignment：垂直配向）、ＩＰＳ（In Plain Switching）、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）等、種々のモードを採用することができる。これらのモードの中では、広視野角の得られるＶＡ、ＩＰＳ、ＦＦＳが好適である。液晶２６を広視野角の得られるモードとすれば、正面から左右に傾いた視野において視認される多画面表示画像を高輝度且つ高品位に表示することができる。

又、上記各実施形態は、調光部を液晶表示パネル或いは有機ＥＬ表示パネルにそれぞれ適用した例であるが、これに変えて、電気的に応じて表示を行う種々の電気光学装置に適用することができる。例えば、表示部としてＰＤＰ（Plasma Display Panel）、蛍光表示管等を用いた平面型ディスプレイが好適であるが、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイやプロジェクション・スクリーンのように曲面状のディスプレイを用い、これに調光部を重ね合わせた構成とすることもできる。

又、上記各実施形態では、バリア部１２と光透過部１４とを発生させることにより、３次元画像表示装置として構成したが、表示画面２０とバリア部１２（光透過部１４）との所定距離Ｘを調整することにより、図１２に示す多画面画像を表示する装置としての２画面画像表示装置１１２を構成することができる。

図１２（Ａ）に通常画像表示（同じ画像を複数の観察者が見るモード）、図１２（Ｂ）に２画面画像表示の原理図をそれぞれ図示した。図１２（Ａ）に示す通常画像表示では、調光部１８にバリアの発生はなく同じ画像を複数の観察者Ｃ，Ｄが観察している。又、図１２（Ｂ）に示す２画面画像表示では、調光部１８にバリアを発生させて、バリア部１２を介して、バリアの後方に一定の距離Ｘだけ離れた表示画面２０に表示された２画面画像を、観察者Ｃ，Ｄよりそれぞれ異なる画像を観察している。

尚、この際、図３に示す入力インタフェース部７０には、３次元画像表示用画像信号に替えて２画面画像表示用の画像信号（図１２（Ｂ）に示す観察者Ｃ用の第１画像と観察者Ｄ用の第２画像との異なる画像の画像信号）又は通常画像表示用の画像信号が入力される。又、図３に示す操作パネル６４及びリモコン６６には、指向性表示モードと非指向性表示モードとを切り替えるための表示モード切り替えスイッチ（図示省略）が設けられているが、図１２に示す観察者Ｃ，Ｄは、この表示モード切り替えスイッチ（図示省略）を操作することで、入力される画像の種類（多画面画像／通常画像）に応じて表示モードを切り替える（指定する）ことになる。

第１の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第１の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第１の実施形態に係る表示素子が備える制御部の概略構成を示すブロック図。第１の実施形態に係る調光部を示す透視斜視図。第１の実施形態に係る表示素子を示す断面及びその平面図。第２の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第３の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第４の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第５の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第６の実施形態に係る表示素子を示す断面図。第６の実施形態に係る表示素子の変形例を示す断面図。２画面画像表示装置を示す図。２次元画像表示及び３次元画像表示の原理図。従来のバリア液晶構造の表示素子を示す断面図。従来の位相差板構造の表示素子を示す断面図。

符号の説明

１０…表示素子１２…バリア部１４…光透過部１６…液晶表示パネル（表示部）１８…調光部２０…表示画面２２，２４…ガラス基板２５…スペーサ２６…液晶２８，３０…偏光板３２…第１画素３４…第２画素３６…制御部３８…電気泳動粒子４０…光透過性流体４２…分散層４４…ガラス基板（第１基板）４６…ガラス基板（第２基板）４８…スペーサ基板５０…第１電極５２…絶縁体５４…第２電極５６…絶縁体５８…第１駆動回路６０…ＣＰＵ６２…ユーザインタフェース（ＵＩ）処理部６４…操作パネル６６…リモコン６８…画像処理部７０…入力インタフェース部７２…第２駆動回路７４…絶縁体７６…シール部材７８…表示素子８０…調光部８２…表示素子８４…有機ＥＬ表示パネル８８…ガラス基板９０…ＥＬ素子部９２…ガラス基板９３…隔壁９４…表示素子９６…調光部９８…表示素子１００…調光部１０２…光透過性カプセル１０４…ブラックマトリクス１０５…表示素子１０６…調光部１０７…光透過性カプセル１０８…表示素子１０９…調光部１１０…光透過性カプセル１１２…２画面画像表示装置１１４…液晶表示デバイス１１６…バリア部１１８…立体画像表示面１２０…液晶表示パネル１２２…液晶表示デバイス１２４…位相差板１２６…ガラス基板１２８…偏光板１３０…ガラス基板。

Claims

荷電をもつ少なくとも１種の電気泳動粒子を有する電気泳動素子を用いてバリア部と光透過部とを電子制御により発生させる調光部と、
前記バリア部の発生位置から所定距離を隔てて表示画面が配置され、第１画素と、第２画素と、が少なくとも一方向に交互に配列されており、前記第１画素が表示する第１画像と前記第２画素が表示する第２画像とを前記表示画面に出力表示可能な表示部と、
を含み、
前記調光部は、前記調光部の光の透過率が最も高い状態において、前記電気泳動粒子を前記表示部の前記第１画素と前記第２画素との間の領域にオーバーラップさせることを特徴とする表示素子。
請求項１に記載の表示素子において、
前記調光部は、
第１基板と、
前記第１基板上に設けられた平面状の第１電極と、
前記第１電極側に、前記第１基板に対向して設けられた第２基板と、
前記第２基板上に、前記第１電極に対向して設けられた平面状の第２電極と、
前記第１及び第２基板間に狭持された前記電気泳動素子を含む分散層と、
を含むことを特徴とする表示素子。
請求項２に記載の表示素子において、
前記第１基板、前記第２基板、前記第１電極、及び前記第２電極は、光透過性を有する材料で構成されていることを特徴とする表示素子。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記調光部は、前記分散層の所定位置の光の透過率を変化させることで、前記バリア部を発生させることを特徴とする表示素子。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記調光部は、前記表示部が３次元画像或いは多画面画像を表示する際に、前記バリア部を発生させることを特徴とする表示素子。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記調光部は、前記表示部が単なる２次元画像を表示する際には、前記バリア部の発生を停止してバリア発生面が無色透明のパネルとなることを特徴とする表示素子。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記調光部は、前記バリア部の数、幅、開口比及び間隔を含む形状や発生位置を指示入力に応じて自在に可変制御する制御部を有することを特徴とする表示素子。
請求項７に記載の表示素子において、
前記制御部は、前記調光部を直流駆動で制御することを特徴とする表示素子。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記表示部は、対向する２電極間に電気光学物質層を有した調光型素子であることを特徴とする表示素子。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記表示部は、対向する２電極間に電気光学物質層を有した自発光型素子であることを特徴とする表示素子。
荷電をもつ少なくとも１種の電気泳動粒子を有する電気泳動素子を用いてバリア部と光透過部とを電子制御により発生させる調光部と、
前記バリア部の発生位置から所定距離を隔てて表示画面が配置され、第１画素と、第２画素と、が少なくとも一方向に交互に配列されており、前記第１画素が表示する第１画像と前記第２画素が表示する第２画像とを前記表示画面に出力表示可能な表示部と、
を含み、
前記調光部は、
前記第１画素から第１の方向に向かう光を透過させ、前記第１画素から第２の方向に向かう光を遮光すると共に、前記第２画素から前記第２の方向に向かう光を透過させ、前記第２画素から前記第１の方向に向かう光を遮光する第１の状態と、
前記第１画素から前記第１及び第２の方向に向かう光を透過させると共に、前記第２画素から前記第１及び第２の方向に向かう光を透過させる第２の状態と、
を切り替えることが可能であり、
前記第２の状態において、前記電気泳動粒子を前記表示部の前記第１画素と前記第２画素との間の領域にオーバーラップさせることを特徴とする表示素子。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の表示素子において、
前記表示部の前記第１画素と前記第２画素との間の領域には、表示に寄与しない非表示部が設けられていることを特徴とする表示素子。