JP4986645B2

JP4986645B2 - 光学装置

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Publication number: JP4986645B2
Application number: JP2007023176A
Authority: JP
Inventors: 康夫都甲
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008191245A

Description

本発明は、光学装置に関し、特に、エレクトロクロミック技術を用いた光学装置に関する。

流動性微粒子ディスプレイ（ＭＦＰＤ）は、液晶などの誘電性流体に微粒子を分散させた層を、電極を配した上下基板で挟んだ構造を有し、電気泳動により微粒子の動きを面内方向に制御して、面内の微粒子の位置分布に応じた表示を行うディスプレイである。ＭＦＰＤは、例えば、特許文献１に開示されている。ＭＦＰＤは、紙のように明るい反射型表示を行うことができ、また、表示のメモリ性を有している。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、ＭＦＰＤの例を示す概略断面図である。相互に対向する上側透明基板１０１と下側透明基板１０２との間に、微粒子１０３を分散させた液晶からなる流動層１０４が形成されている。上側透明基板１０１の下面上に、不透明電極１０５が形成されている。不透明電極１０５が、平面視上、開口窓を画定する。下側透明基板１０２の上面上に、光吸収層１０６が形成され、光吸収層１０６の上面上に、透明電極１０７が形成されている。

透明電極１０７と不透明電極１０５との間に電圧が印加されていない状態で、図９（Ａ）に示すように、微粒子１０３が流動層１０４全体に分散している。上方から入射する外光１０８を、微粒子１０３が反射する。これにより、開口窓内は明るく見える。

透明電極１０７と不透明電極１０５との間に所定電圧を印加することにより、図９（Ｂ）に示すように、微粒子１０３が不透明電極１０５の下方に集められる。これにより、開口窓内の流動層１０４が透明になる。外光１０８は、流動層１０４を透過して、光吸収層１０６で吸収される。これにより、開口窓内は暗く見える。

ここで、相対的に明るい表示を単に「白表示」呼び、相対的に暗い表示を単に「黒表示」と呼ぶこととする。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して説明した表示装置は、反射型の表示装置であり、流動層１０４中の微粒子１０３による散乱反射で白表示が実現され（図９（Ａ））、光吸収層１０６による光吸収で黒表示が実現される（図９（Ｂ））。

なお、光吸収層を除去し、光を吸収する微粒子を用いれば、透過型の表示装置とすることができる。流動層中に微粒子が分散した状態で黒表示が実現され、不透明電極下に微粒子が集められた状態で白表示が実現される。

ディスプレイとして、また、電圧印加により、透明状態と着色状態とを変化させるエレクトロクロミック材料を用いたエレクトロクロミックディスプレイも知られている。

反射型のエレクトロクロミックディスプレイは、エレクトロクロミック膜の下に反射部材を配置した構造を有する。エレクトロクロミック膜が透明状態で、反射部材により外光が反射されることにより、白表示が実現される。エレクトロクロミック膜が着色状態で、エレクトロクロミック膜に外光が吸収されることにより、黒表示が実現される。

透過型のエレクトロクロミックディスプレイは、エレクトロクロミック膜の下に透明部材を配置した構造を有する。エレクトロクロミック膜が透明状態で、透明部材及びエレクトロクロミック膜を光が透過することにより、白表示が実現される。エレクトロクロミック膜が着色状態で、エレクトロクロミック膜に光が吸収されることにより、黒表示が実現される。

特開２００３−９８５５６号公報

１つの表示装置を、様々な環境下で利用したいという要求がある。例えば、明所では反射型の表示装置として利用でき、暗所ではバックライトを用いた透過型の表示装置として利用できるような表示装置があれば望ましい。しかし、従来のＭＦＰＤ及びエレクトロクロミックディスプレイは、１つの表示装置が、反射型表示装置と透過型表示装置とを兼ねない。

本発明の一目的は、反射型表示装置と透過型表示装置とを兼ねる表示装置に適用可能な光学装置を提供することである。

本発明の他の目的は、新規な光学装置を提供することである。

一方の電極上にエレクトロクロミック膜が形成され、該エレクトロクロミック膜に電圧を印加する第１の電極対と、前記第１の電極対の間に配置され、微粒子を含む電解質層と、前記電解質層中に電界を生じさせることにより、前記エレクトロクロミック膜の面内方向に関して前記微粒子を移動させ、その一方の電極の近傍に該微粒子を集める第２の電極対とを有する光学装置が提供される。

第１の電極対で、エレクトロクロミック膜の着色状態が制御される。また、第２の電極対で、電解質層中の微粒子の位置分布が制御される。電解質層中の微粒子の位置分布を変化させることにより、電解質層の反射率（または透過率）を変化させることが可能となる。

本発明の光学装置を、例えば、エレクトロクロミック膜の着色状態の変化を利用して表示を行う表示装置として利用することを考える。電解質層の反射率が高い状態で表示を行えば、反射型の表示装置を実現することができる。一方、電解質層の反射率が低い（透過率が高い）状態で表示を行えば、透過型の表示装置を実現することができる。なお、照明装置等に応用することもできる。

図１を参照して、本発明の第１の実施例による光学装置の構成及び作製方法について説明する。図１は、第１の実施例による光学装置の概略断面図である。実施例の光学装置を表示装置として用いる場合について説明を続ける。

まず、表面に透明電極２及び不透明電極３がパタン形成された上側基板１、及び、表面に透明電極４がパタン形成された下側基板５を用意する。

上側基板１及び下側基板５は、例えば青板ガラスまたは白板ガラス等の透明材料からなり、厚さはそれぞれ例えば０．７ｍｍｔである。透明電極２及び４は、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなり、厚さはそれぞれ例えば８０ｎｍである。不透明電極３は、例えばアルミニウムやモリブデン等の金属からなり、厚さは例えば８０ｎｍである。

平面視上、不透明電極３が開口窓を画定し、透明電極２が、開口窓内に形成されている。不透明電極３の画定する開口窓内が、１画素分の表示領域に対応する。

次に、上側基板１上の透明電極２の表面に、エレクトロクロミック膜６を形成する。本実施例で、エレクトロクロミック膜６は、三酸化タングステン（ＷＯ_３）を真空蒸着することにより形成する。形成したエレクトロクロミック膜６に、３５０℃で３０分の熱処理を施す。

なお、エレクトロクロミック膜６の材料は、膜の透明状態と着色状態とを印加電圧で切り替えられるタイプのものであれば、ＷＯ_３に限られない。例えば、酸化モリブデン、酸化タングステン−モリブデン複合膜、酸化バナジウム、酸化イリジウム、二酸化マンガン、酸化ニッケル、または、ビオロゲン系やスチリル系化合物等の有機系材料等を用いることもできる。

また、エレクトロクロミック膜６の成膜方法は、真空蒸着に限られない。例えば、スパッタリング（ラジオ周波数（ＲＦ）マグネトロンスパッタリング等）、メッキ、ラングミュアブロジェット（ＬＢ）法、各種印刷法（スクリーン印刷、スピンコート、ダイコート等）を用いることもできる。

なお、エレクトロクロミック膜６の膜構造として、緻密なものは好ましくなく、アモルファスで多くの隙間を持った構造が好ましい。積極的に隙間を設けるために、微小な粒径を有する粒子をエレクトロクロミック膜６中に分散させてもよい。なお、下側基板５上の透明電極４の表面に、電子供与膜を形成してもよい。

次に、下側基板５上に、メインシール層７を形成する。メインシール層７の材料として、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含むメインシール剤を用いる。本実施例では、ギャップコントロール剤として径が７５μｍのプラスチックボールを用い、これを三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に５ｗｔ％添加して、メインシール剤とする。メインシール層７の形成方法として、例えば、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。ギャップコントロール剤の径が、電解質層８の厚さに相当する。電解質層８の厚さが５０μｍ〜２００μｍの範囲内となるように、ギャップコントロール剤を選択することが好ましい。

次に、透明電極２及び不透明電極３が形成された表面と、透明電極４が形成された表面とを対向させ、透明電極２と透明電極４とを平面視上で位置合わせし（例えば両電極の中心を一致させ）、メインシール層７を介して上側基板１と下側基板５とを重ね合わせる。このようにして、空セルを形成する。セルが形成された状態で、平面視上、下側基板５上の透明電極４も、開口窓内に配置される。

次に、空セルに電解液を真空注入することにより、電解質層８を形成する。電解質層８を形成する電解液として、液晶に電荷移動錯体（ＣＴＣ）を添加し、これにさらに微粒子９を分散させたものを用いる。電解質層８を形成した後、電解液の注入口にエンドシール剤を塗布してセルを封止する。

本実施例では、液晶として、大日本インキ製のＲＤＰ−００３３３を用い、ＣＴＣとして、ｎ−ブチル−イソキノリニウム−アイオダイド（ｎ−ｂｕｔｙｌ−ｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｉｕｍ−ｉｏｄｉｄｅ，ＢＩＱＩ）を用いる。電解液中のＣＴＣの添加量は、例えば０．０３８ｗｔ％とする。ＣＴＣには電解質としての働きだけではなく、後述のように、微粒子９の移動速度を向上させる効果も有する。なお、電解質として、各種液体塩、溶媒（アセトニトリル等）を用いることも可能である。なお、液晶材料に特に限定はないが、誘電率異方性Δεの絶対値が大きいものが好ましい。Δεがゼロに近いと、動きが鈍くなる。

微粒子９として、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ等の各種金属酸化物、及び、スチレンボール等の有機物、及び、それらの着色物やその中空体等が用いられる。本実施例では、微粒子９として、液晶表示素子のギャップコントロール材料としてよく利用されている微粒子を流用する。本実施例の微粒子９は、無着色の、ＴｉＯ_２と有機物の混合系である。

本実施例の微粒子９は、直径６μｍの球形粒子であり、粒径（直径）のばらつきが±数％以下に収まるものである。なお、粒径は、例えば、レーザ回折法、沈降式、画像解析式、光散乱法等の手法で測定できる。なお、微粒子９の粒径は、６μｍに制限されず、０．５μｍ〜１００μｍの範囲内とすることが好ましく、２μｍ〜２０μｍの範囲内とすることがより好ましい。

電解液中の微粒子９の添加量は、１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲内とすることが好ましく、１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲内とすることがより好ましい。本実施例では２０ｗｔ％とする。

上側基板１上の透明電極２と、下側基板５上の透明電極４とが、直流電源１０に接続される。スイッチ１１をオンにすると、透明電極２と透明電極４との間に所定電圧が印加される。

上側基板１上の不透明電極３と、下側基板５上の透明電極４とが、直流電源２０に接続される。スイッチ２１をオンにすると、不透明電極３と透明電極４との間に所定電圧が印加される。

下側基板５の下方に（下側基板５に対して上側基板１と反対側に）、バックライト３０が配置されている。本実施例では、バックライト３０として、白色光を出射するものを用いる。制御装置４０が、透明電極２と透明電極４との間の電圧印加、不透明電極３と透明電極４との間の電圧印加、及び、バックライト３０の点灯、消灯を制御する。

次に、エレクトロクロミック膜６の着色状態の制御について説明する。図１に示す上側基板１上の透明電極２と、下側基板５上の透明電極４との間に電圧を印加することにより、エレクトロクロミック膜６に電圧を印加することができる。

エレクトロクロミック膜６は、電圧無印加状態でほぼ透明である。エレクトロクロミック膜６への負電圧印加により、エレクトロクロミック膜６に電解質層８から正電荷が注入される。これにより、エレクトロクロミック膜６が青く着色する。エレクトロクロミック膜６への印加電圧を低くする（負電圧の絶対値を大きくする）ほど着色が濃くなる。エレクトロクロミック膜６を充分に着色するために必要な負電圧は、例えば−１Ｖである。

図２は、電圧無印加状態及び電圧印加状態（−１Ｖ）におけるエレクトロクロミック膜の透過スペクトルである。横軸が波長をｎｍ単位で示し、縦軸が透過率を％単位で示す。曲線Ｃ１が電圧無印加状態のスペクトルであり、曲線Ｃ２が電圧印加状態のスペクトルである。実施例のセルの画素部分の透過特性が示されている。

電圧無印加時は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲で、透過率が８０％でほぼ一定である。一方、−１Ｖ印加時は、波長が４００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、透過率がほぼ８０％程度であるが、波長が４５０ｎｍ以上となると透過率が低下し、波長６００ｎｍで透過率が４５％程度になる。波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で、透過率が４５％程度である。すなわち、エレクトロクロミック膜は、電圧無印加状態で透明であり、電圧印加状態で青色に着色する。

このように、上側基板上の透明電極と、下側基板上の透明電極との間の電圧制御により、エレクトロクロミック膜の透明状態と、着色状態（青色状態）とを切り替えることができる。

次に、電解質層８の反射率（または透過率）の制御について説明する。図１に示す上側基板１上の不透明電極３と、下側基板５上の透明電極４との間に電圧を印加しない状態で、電解質層８中の全体に、微粒子９が分散している。微粒子９が全体に分散した電解質層８は、高い反射率を有し、白色を呈する。

上側基板１上の不透明電極３に充分高い正電圧を印加すると、電解質層８中に生じた電界により（電気泳動により）、面内方向（上側の透明電極２と下側の透明電極４とが対向する方向と直交する方向）に関して、電解液の流れが生じて微粒子９が移動し、微粒子９が不透明電極３の下方に集まる（開口窓の縁部に集まる）。これにより、開口窓内には（少なくとも開口窓内の中心部には）微粒子が分布しなくなり、開口窓内の電解質層８が透明になる。不透明電極３の近傍に微粒子９を集めるために必要な正電圧は、例えば４０Ｖである。微粒子の移動は、主に電界強度で制御される。例えば、電極間の距離を７５μｍとし、印加電圧を４０Ｖとすると、電界は約０．５Ｖ／μｍ（５０００Ｖ／ｃｍ）となる。

なお、不透明電極３の近傍に集まった微粒子９は、不透明電極３への正電圧印加を解除しても不透明電極３近傍にとどまる。すなわち、不透明電極３への正電圧印加を解除しても、開口窓内の透明状態が維持される。

再び、電解質層８の全体に（または開口窓内に）微粒子９を分散させるためには、下側基板５上の透明電極４に、充分高い正電圧（例えば４０Ｖ）を印加して、透明電極４の上方に微粒子９を戻す。その後、透明電極４への正電圧印加を解除しても、微粒子９の分散状態が維持される。

図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、電圧印加による微粒子の移動の様子を示す顕微鏡写真である。図３（Ａ）が、電圧無印加状態に対応する写真であり、電解質層中に均一に白色の微粒子が分布している。電圧印加により微粒子が移動を開始する。図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）は、電圧印加開始からの経過時間の順に、微粒子の分布を示す写真であり、時間が経過するにつれ、微粒子が、開口窓を画定する不透明電極の近傍に集まっている。

図４（Ａ）は、微粒子が電解質層全体に分散している状態（微粒子分散状態）における、開口窓内の電解質層の反射率（白丸で示す）、及び、微粒子が不透明電極下に集まった状態（微粒子移動状態）における開口窓内の電解質層の透過率（黒丸で示す）の、視角依存性を示すグラフである。横軸が視角を度単位で示し、左の縦軸及び右の縦軸が、それぞれ、反射率及び透過率を％単位で示す。なお、測定は、図１に示した装置と同様の電極構造で、エレクトロクロミック膜は形成していない装置に対して行っている。従って、エレクトロクロミック膜が透明状態（無着色状態）のときの光学特性の測定に対応する。

図４（Ｂ）に、反射率の測定方法を説明するための電解質層８の概略断面図を示す。拡散光源から電解質層８の表面に等方的に入射する光ＬＩに対し、電解質層８による反射率を測定した。視角θ（反射測定角θ）は、電解質層８表面の法線方向と、測定される反射光ＬＲとのなす角で定義される。なお、各視角について、標準白色板の反射率を１００％としている。

図４（Ａ）に示すように、微粒子が電解質層全体に分散している状態では、視角０°〜６０°程度の範囲において、反射率が５０％程度でほぼ一定である。なお、新聞紙の反射率は約４０％である。このように、新聞紙よりも明るい反射率が、広い視角範囲で安定して得られる。

また、微粒子が不透明電極下に集まった状態では、視角０°〜２０°程度の範囲において、透過率が９０％程度でほぼ一定である。視角２０°以上で、透過率はやや低下するが、視角６０°でも８０％以上である。

このように、微粒子の位置分布を制御した電解質層は、広い視角範囲で自然な散乱反射を示す反射板として機能するとともに、広い視角範囲で非常に明るい透過板として機能する。

以上説明したように、上側基板上の不透明電極と、下側基板上の透明電極との間の電圧制御により、開口窓内の電解質層の反射状態（白色状態）と、透明状態とを切り替えることができる。

次に、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を参照して、実施例による表示装置の使用方法について説明する。明所で反射型表示装置として使用し、さらに、暗所でバックライトを用いた透過型表示装置として使用する例について説明する。開口窓内の表示状態が、上方から観察される。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、反射型表示装置として使用されている状態の表示装置の概略断面図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、電解質層８が反射状態で、バックライト３０が消灯状態である。外光５０が、上側基板１に上方から入射し、電解質層８で上方に反射される。

図５（Ａ）では、エレクトロクロミック膜６を透明状態とする。エレクトロクロミック膜６の下の電解質層８が反射状態（白色状態）であるので、図５（Ａ）では、開口窓内が白く見える。このようにして、反射型表示装置における白表示が実現される。

図５（Ｂ）では、エレクトロクロミック膜６を着色状態（青色状態）とする。上方からエレクトロクロミック膜６を透過し、電解質層８で反射し、再びエレクトロクロミック膜６を透過して上方に出射した光が青く見える。このようにして、反射型表示装置における青表示が実現される。

図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、透過型表示装置として使用されている状態の表示装置の概略断面図である。図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）では、電解質層８が透過状態で、バックライト３０が点灯状態である。バックライト３０から出射した光が、下方から下側基板５に入射し、上側基板１から上方に出射する。

図５（Ｃ）では、エレクトロクロミック膜６を透明状態とする。電解質層８も透明状態であるので、開口窓内が白く（バックライト３０から出射した光の色に）見える。このようにして、透過型表示装置における白表示が実現される。

図５（Ｄ）では、エレクトロクロミック膜６を着色状態（青色状態）とする。電解質層８は透明状態である。下方からエレクトロクロミック膜６を透過した光が青く見える。このようにして、透過型表示装置における青表示が実現される。

なお、例えば、暗所中、電解質層８を反射状態（白色状態）として、バックライト３０を点灯させる使い方も可能である（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）で、バックライト３０を点灯した場合、または、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）で、電解質層８を白色状態とした場合に対応）。このとき、電解質層８が透過散乱部材として機能するので、電解質層８が透明部材である図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）の場合とは異なる表示状態が得られる。

なお、反射型表示装置として用いるとき、バックライト３０が消灯した状態で、電解質層８を透明状態とすることにより、黒表示を実現することもできる（図５（Ａ）または図５（Ｂ）で、電解質層８を透明状態とした場合、または、図５（Ｃ）または図５（Ｄ）で、バックライト３０を消灯した状態に対応）。

このように、実施例の表示装置は、エレクトロクロミック膜の着色状態の変化と、電解質層の反射率変化とを組み合わせることにより、多様な表示状態を生成することが可能である。さらに、バックライトの点灯、消灯の変化を組み合わせることで、より多様な表示状態を生成することも可能である。

次に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図７を参照して、ＣＴＣの、微粒子の移動速度を向上させる効果について説明する。図６（Ａ）は、本実施例で用いたＣＴＣであるＢＩＱＩ（ｎ−ｂｕｔｙｌ−ｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｉｕｍ−ｉｏｄｉｄｅ）の分子構造を示す。

図６（Ｂ）は、微粒子の移動速度の印加電圧依存性を、ＣＴＣの添加量を変えて測定した結果を示すグラフである。横軸が印加電圧をＶ単位で示し、縦軸が微粒子の移動速度を任意単位で示す。曲線Ｃ３〜Ｃ６が、それぞれ、ＣＴＣの添加量０ｗｔ％、０．００５ｗｔ％、０．００７ｗｔ％、及び０．０３８ｗｔ％の場合の結果である。

ＣＴＣを添加しない場合（添加量０ｗｔ％）、微粒子の移動速度は印加電圧にほぼ依存しない。ＣＴＣを添加することにより、印加電圧を上昇させるにつれて、ＣＴＣの移動速度を速くすることができる。また、所定の印加電圧での移動速度は、ＣＴＣの添加量を増やすほど速くなっている。これは、印加電圧２０Ｖ程度以上で顕著である。約２０Ｖで、微粒子が移動し始める。

図７は、微粒子分散状態から微粒子移動状態に切り替えたときの、開口窓内が透明になるまでの応答時間が、ＣＴＣ添加によりどのように変化するか調べた実験の結果を示すグラフである。液晶のみに微粒子を分散させた系と、液晶にＣＴＣを添加したものに微粒子を分散させた系との比較を行った。なお、測定は、図１に示した装置と同様の電極構造で、エレクトロクロミック膜は形成していない装置に対して行っている。

グラフの横軸が時間を秒単位で示し、縦軸が透過率を％単位で示す。曲線Ｃ７が、液晶のみの場合の結果であり、曲線Ｃ８が、液晶にＣＴＣを添加した場合の結果である。液晶のみの場合、１００ｍｓｅｃ程度で透過率が９０％近くに達して飽和する。一方、ＣＴＣを添加した場合、５０ｍｓｅｃ程度で透過率が９０％近くに達して飽和する。

以上説明したように、ＣＴＣを添加した電解質層とすることにより、微粒子の移動速度が向上して、電解質層の反射状態と透明状態との切り替えが高速になる。すなわち、反射型表示装置と透過型表示装置との切り替えが高速になる。

切り替えが高速な表示装置は、例えば車載ディスプレイに適用すると、以下のような利点がある。車載ディスプレイとして用いるとき、ヘッドライト非点灯時（明所での利用時）は、反射型表示装置として使用し、ヘッドライト点灯時（暗所での利用時）は、バックライトを点灯させて透過型表示装置として使用する態様が考えられる。

例えば、トンネル通過時には、反射型表示装置と透過型表示装置との切り替えが瞬時にできることが望まれる。このような瞬時の切り替えが求められる場合を想定しても、応答時間５０ｍｓｅｃは充分に高速といえる。

なお、上記実施例では、１画素分の基本的な表示技術について説明したが、実施例の表示装置を応用して多画素の表示装置を作製することができる。単純なキャラクタ表示（スタティック駆動表示）、もしくは、アクティブ素子を各画素に配置した電極配置を有するドットマトリクス表示を行う表示装置のいずれでも作製することができる。

以上説明したように、実施例の表示装置は、反射型表示装置として用いる場合、拡散反射部材となる電解質層上に、着色したエレクトロクロミック膜で表示を行うことにより、どこから見ても明るく自然な反射表示を得ることができる。また、拡散反射部材となる電解質層と、表示を行うエレクトロクロミック膜とが密接しているので、反射表示の際の視差がない。

透過型表示装置として用いる場合、暗所での補助光源として、バックライト技術を用いることができるため、フロントライト技術を用いる場合に比べ、安価で明るい表示を得ることができる。また、透過型として用いる場合には、電解質層を透明状態にできるため、バックライトの輝度がそれほど高くなくてよい。このため、消費電力を抑えることができる。これは、携帯型機器において特に有益である。

なお、フロントライトライト技術では、表示部の前に導光板が配置されるため、表示品位を低下させる（反射率低下、表面反射によるコントラスト低下）、コストが高くなる等の不利な点が生じうる。

なお、従来の反射型のＭＦＰＤにおいて、光吸収層を半透過とすることにより、または、従来の反射型のエレクトロクロミックディスプレイにおいて、反射部材を半透過とすることにより、バックライト技術を採用した透過型表示を行うことは可能であろう。しかし、光吸収層または反射部材が半透過であるので、バックライトの輝度を高くする必要があろう。

以上、実施例の光学装置を表示装置として用いる場合について説明したが、実施例の光学装置は、表示装置以外に用いることもできる。例えば照明装置として用いることができる。例えば、一般照明の配光制御に用いる場合について考える。再び図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を参照して、説明を続ける。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、電解質層８が白色状態で、バックライト３０が消灯状態である。外光５０が、上側基板１に上方から入射し、電解質層８で上方に反射される。

図５（Ａ）では、エレクトロクロミック膜６が透明状態であり、この照明装置は白い壁紙として機能する。図５（Ｂ）では、エレクトロクロミック膜６が青色状態であり、この照明装置は青い壁紙として機能する。

図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）で電解質層８が透明状態で、バックライト３０が点灯状態である。図５（Ｃ）では、エレクトロクロミック膜６が透明状態であり、白色のスポット光源（バックライト３０が白色光の場合）が実現される。なお、バックライト３０の発光色を変えれば、違う色のスポット光源にもできる。図５（Ｄ）では、エレクトロクロミック膜６が青色状態であり、青色のスポット光源が実現される。

なお、電解質層８を白色状態として、バックライト３０を点灯状態とすることもできる（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）で、バックライト３０を点灯した場合、または、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）で、電解質層８を白色状態とした場合に対応）。エレクトロクロミック膜６を透明状態とすれば、白い拡散光源が実現され、エレクトロクロミック膜６を青色状態とすれば、青い拡散光源が実現される。

以上説明したように、実施例の光学装置は、例えば、反射型と透過型とを切り替えられる表示装置や、スポット型と拡散型とを切り替えられる照明装置として利用することができる。様々な環境下で見やすい表示装置が実現され、様々な配光状態を生成する照明装置が実現される。

なお、上記実施例では、青く着色するエレクトロクロミック膜を用いたが、他の色に着色するエレクトロクロミック膜材料を用いれば、他の色を用いた表示装置や照明装置等を作製できる。

なお、上記実施例では、ＷＯ_３からなるエレクトロクロミック膜を用い、エレクトロクロミック膜に負電圧を印加して着色させた。例えばビオロゲン系材料からなるエレクトロクロミック膜を用いれば、エレクトロクロミック膜に正電圧を印加して着色させる構成となる。

例えば、不透明電極近傍に微粒子が集まっており、開口窓内が透明である状態について考える。この状態で、エレクトロクロミック膜を着色するために、エレクトロクロミック膜が形成されている上側基板上の透明電極と、下側基板上の透明電極との間に電圧を印加する。このとき、上側及び下側基板上の透明電極の一方が他方に対して正の電圧となる。エレクトロクロミック膜を着色するためのこの電圧が大きすぎると、微粒子が、不透明電極近傍から開口窓内に移動してしまうおそれがある。このような不具合を抑制するため、エレクトロクロミック膜を着色する電圧の大きさ（絶対値）は、微粒子を移動させる電圧の大きさ（絶対値）に比べて充分に小さいことが望ましい。

上述したように、エレクトロクロミック膜を着色する電圧の大きさは例えば１Ｖであり、微粒子を移動させる電圧の大きさは例えば４０Ｖである（例えば約２０Ｖで、微粒子が移動し始める）。この例では、微粒子の位置分布にほとんど影響しないように、エレクトロクロミック膜の透明状態と着色状態とを切り替えることができる。微粒子を移動させる電圧の大きさは、エレクトロクロミック膜を着色させる電圧の大きさの少なくとも１０倍以上とすることが好ましいであろう（例えば、上記例で微粒子が移動し始める２０Ｖは、エレクトロクロミック膜の着色電圧１Ｖの２０倍）。

なお、上記実施例で、上側及び下側基板としてガラス基板を用いたが、必要に応じて、例えばプラスチック基板等を用いてもよい。また、フィルム基板でもよい。

なお、実施例の装置では、エレクトロクロミック膜の着色状態を制御する電極対のうち、エレクトロクロミック膜を形成しない方の電極（下側基板上の電極）と、微粒子の移動を制御する電極対のうち、開口窓内の電極（下側基板上の電極）とを共通にしたが、これらの電極を共通とせず、別々に形成する構成も可能である。なお、共通電極を持つ構造にすれば、例えば、端子電極数を少なくでき、接続点を少なくできるメリットがある。

次に、第２の実施例の光学装置について説明する。図８は、第２の実施例の光学装置を示す概略断面図である。以下、第１の実施例の装置との違いについて説明する。

第２の実施例の光学装置は、下側基板５上の透明電極４を覆って絶縁膜５０が形成され、絶縁膜５０の上に、平面視上開口窓を画定する形状の電極５１が形成されている。下側基板５上の透明電極４と、絶縁膜５０上の電極５１とからなる電極対が、微粒子の移動制御に用いられ、下側基板５上の透明電極４と、上側基板１上の透明電極２とからなる電極対が、エレクトロクロミック膜６の着色状態制御に用いられる。

上側基板１上に、平面視上開口窓を画定する形状で、遮光膜５２が形成されている。遮光膜５２は、電極５１近傍に（開口窓の縁部に）微粒子が集められた状態で、上方から微粒子が見えないように、微粒子を隠す。なお、第１の実施例の電極構造では、上側基板１上の不透明電極３を、遮光膜の働きを兼ねるように形成することができる。

以下、実施例の光学装置を利用できると考えられる製品を例示する。実施例の光学装置は、省電力かつ頻繁な書き換えを必要としない情報機器（パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話等）の表示面等の、反射型または透過型ディスプレイ、及び、投射型ディスプレイ全般に利用でき、磁気ないし電気記録されたカードの情報表示面に利用でき、児童用玩具等に利用でき、紙・印刷物（雑誌、新聞、ポスター等）の代替品全般（電子の紙）に利用でき、自動車用（車載）ディスプレイ、航空機用ディスプレイに利用でき、時計表示に利用でき、デジタルスチルカメラ全般（ストロボ灯具、光学系、ビューファインダー用表示等）に利用でき、自動車用（普通乗用車、軽自動車、トラック、バス等）灯具及び車内照明、二輪用（オートバイ、自転車等）灯具（配光制御部）に利用でき、一般照明（屋内照明、街路灯、懐中電灯等）の配光制御部に利用できる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、第１の実施例による光学装置の概略断面図である。図２は、エレクトロクロミック膜の透過スペクトルである。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、電圧印加による微粒子の移動の様子を示す顕微鏡写真である。図４（Ａ）は、開口窓内の電解質層の反射率及び透過率の、視角依存性を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、反射率の測定方法を説明するための電解質層の概略断面図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、例えば反射型表示装置として使用されている状態の、実施例の光学装置の概略断面図であり、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、例えば透過型表示装置として使用されている状態の、実施例の光学装置の概略断面図である。図６（Ａ）は、ＣＴＣの分子構造例であり、図６（Ｂ）は、微粒子の移動速度の印加電圧依存性を示すグラフである。図７は、微粒子分散状態から微粒子移動状態に切り替えたときの、開口窓内が透明になるまでの応答時間を示すグラフである。図８は、第２の実施例の光学装置の概略断面図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、ＭＦＰＤの例を示す概略断面図である。

符号の説明

１上側基板
２透明電極
３不透明電極
４透明電極
５下側基板
６エレクトロクロミック膜
７メインシール層
８電解質層
９微粒子
１０、２０直流電源
１１、２１スイッチ
３０バックライト
４０制御装置
５０外光

Claims

一方の電極上にエレクトロクロミック膜が形成され、該エレクトロクロミック膜に電圧を印加する第１の電極対と、
前記第１の電極対の間に配置され、微粒子を含む電解質層と、
前記電解質層中に電界を生じさせることにより、前記エレクトロクロミック膜の面内方向に関して前記微粒子を移動させ、その一方の電極の近傍に該微粒子を集める第２の電極対と
を有する光学装置。
さらに、前記第１の電極対の間に第１の電圧を印加し、前記第２の電極対の間に第２の電圧を印加する電圧印加手段を有し、該第２の電圧の大きさが該第１の電圧の大きさの１０倍以上である請求項１に記載の光学装置。
さらに、
第１の基板と、
前記第１の基板に対向配置された第２の基板と
を有し、
前記第１の電極対の一方の、前記エレクトロクロミック膜が形成された第１の電極と、前記第２の電極対の一方の第２の電極とが、前記第１の基板上に形成され、前記第１の電極対の他方の電極と、前記第２の電極対の他方の電極とが共通の第３の電極であり、該第３の電極が前記第２の基板上に形成されている請求項１または２に記載の光学装置。
前記微粒子の粒径が０．５μｍ〜１００μｍの範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学装置。
前記電解質層に電荷移動錯体が添加されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置。