JP3918371B2 - カラーフィルタ、表示素子、表示方法、および表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高分子ゲルの刺激応答性を利用したカラーフィルタおよび表示素子等に関し、デスクトップ型やノート型コンピュータ等の表示装置、携帯機器などの表示部、その他のＯＡ装置等の表示部、および屋外用大面積表示板等に広く応用可能なカラーフィルタおよび表示素子等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー表示素子として液晶表示素子が広く利用されている。さらに、液晶表示素子は低消費電力で駆動できるので、近年、携帯機器等の表示部への応用も盛んに検討されている。ところで、カラー液晶表示素子には大きく分けて、透過型液晶表示素子と反射型液晶表示素子の２種類がある。
透過型液晶素子は、一般に、一対の偏光子間にＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶、または強誘電性液晶などを封入した調光層と、カラーフィルタ層とから構成される。しかし、一般的なカラーフィルタは、その光透過率が低い（２０〜３０％程度）ので、その結果、液晶表示素子の光利用効率は１０％以下になる。そこで、充分な輝度を有する画像を表示するために、通常、透過型液晶表示素子の後ろに、冷陰極管、ＥＬやＬＥＤなどの高輝度のバックライトを配置している。しかしながら、バックライトは消費電力が高いので、透過型液晶素子を携帯機器等へ応用すると、バッテリーによる駆動時間が短くなるという問題がある。また、特に屋外などの周囲が明るい場合には視認性が低下し、さらに、偏光板を使用するために視野角が狭いという問題がある。
【０００３】
反射型液晶表示素子は、前記バックライトを使用せずに、省電力化、屋外での利用、ハードコピーのような視認性の高さを目指した反射型液晶表示素子である。反射型液晶表示素子としては、使用される液晶の種類に応じて、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ Ｈｏｓｔ）モード、ＴＮモード、ＳＴＮモード等が知られている。ＴＮ、ＳＴＮモードの反射型液晶表示素子は、前記透過型液晶素子とほぼ同様な構成であるが、バックライトの代わりに光反射電極を備えている。しかし、透過型液晶と同様にカラーフィルタと偏光板を用いるために、一般的に反射率は１０％程度と低く、暗い表示になる。そこで、光反射電極の工夫やマイクロレンズの利用により、特定の狭い視野角で、反射率３０％程度の明るさを得ている。しかしながら、未だ明るさが不十分であり、視野角が極端に狭く視認性が悪いという問題がある。
【０００４】
ＥＣＢモードは偏光子を用いた干渉色によりカラー表示を行うもので、カラーフィルタを必要とせず、ＴＮモードやＳＴＮモードと比較して、ある程度、表示画像の明るさを向上させることができるが、視認性が悪いという問題は未だ解決されていない。ＧＨモードでは、二色性色素を混合した液晶（ＧＨ液晶）を用いるので、偏光子やカラーフィルタが不要であり、明るく、かつ広い視野角の表示が可能となる。しかしながら、必要なコントラストを得るための液晶材料の設計が困難であり、色素の耐久性が悪く、フルカラー表示にはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の各色に応じた３つの液晶層の構成が必要となり、素子のコストが非常に高くなる等の問題がある。
【０００５】
カラーフィルタを用いる表示技術において課題とされている光利用効率の向上を目的として、カラーフィルタの透過光量を可変にする技術が提案されている。例えば、特開平１０−４８６７５号公報には、複数の圧電性薄膜を積層し、外部電場により各層の厚みを変化させることで干渉作用により反射光や透過光の波長を変化させるものである。しかしながら、干渉作用を用いるために視野角依存性が生じることや、波長幅が狭く光量が少ない等の問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光の利用効率が高いカラーフィルタ、および表示素子を提供することを目的とする。また、本発明は、透過光の色調が変化し得るカラーフィルタを提供することを目的とする。さらに、本発明は、明るい画像表示が可能である表示素子、表示方法、および表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、基板と、該基板上に配置され相互に異なる有彩色を有し、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する第１及び第２の刺激応答性高分子ゲルと、該第１および第２の刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有するカラーフィルタである。
【０００８】
前記カラーフィルタに光を入射すると、有彩色を有する第１および／または第２の刺激応答性高分子ゲルによって、所定の波長の光が吸収され、種々の色相を有する透過光が得られる。さらに、第１および／または第２の刺激応答性高分子ゲルに刺激を与え（または刺激を与えるのを中断し）、前記高分子ゲルを状態変化させ、光透過率を向上させた状態で光を入射することにより、種々の色相を有する明るい透過光が得られる。
【０００９】
前記カラーフィルタは、前記第１の刺激応答性高分子ゲルを有する第１の着色領域と、第２の刺激応答性高分子ゲルを有する第２の着色領域を有する構成としてもよい。各々の刺激応答性高分子ゲルは、各々の着色領域において、基板表面に固定されているのが好ましい。前記第１および第２の刺激応答性高分子ゲルとして、外部刺激を供与された際に、液体を吸収または放出して体積変化する高分子ゲルを使用するのが好ましい。また、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、およびＢ（ブルー）の３原色の刺激応答性高分子ゲルを有する構成にすると、フルカラーを表示できるので好ましい。
【００１０】
また、前記カラーフィルタは、前記第１および第２の刺激応答性着色高分子に刺激を付与する刺激付与手段を有する構成としてもよく、前記刺激付与手段は基板上に形成された区画化された刺激付与層から構成されているのが好ましい。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、前記カラーフィルタと、該カラーフィルタへの入射光を調光する調光素子とを有する表示素子である。
【００１２】
前記表示素子では、調光素子によって、前記カラーフィルタへの入射光が調光され、種々の色調の色が表示される。前記カラーフィルタは、高い光透過率を有するので、本発明の表示素子は明るい表示が可能である。
【００１３】
前記調光素子が、基板と、該基板上に少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する黒色の刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有する構成であるのが好ましい。前記表示素子を、前記黒色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与する刺激付与手段を有する構成にすることができる。前記刺激付与手段は、調光素子の基板上に形成された区画化された刺激付与層から構成されているのが好ましい。また、前記調光素子は、液晶調光素子であってもよい。
【００１４】
また、表示素子は、調光素子へ光を照射する光照射手段を有する構成とすることができる。また、調光素子へ光を反射する光反射手段を有する構成とすることもできる。
【００１５】
請求項１５に記載の発明は、基板と、該基板の一方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する有彩色の刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有する第１の層と、前記基板の他方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する黒色の刺激応答性高分子ゲルと、該黒色の刺激応答性高分子ゲルに接触する液体とを有する第２の層とを有し、前記第１の層は、前記有彩色の刺激応答性高分子ゲルを区画化された領域に配置して形成された着色領域を有し、且つ、前記第２の層は、前記黒色の刺激応答性高分子ゲルを区画化された領域に配置して形成された調光領域を有する表示素子である。
【００１６】
前記表示素子では、第２の層の調光領域によって、第１の層の着色領域に入射される光が調光され、着色領域で所定の波長の光が吸収されることによって、有彩色または無彩色が表示される。前記調光領域および前記着色領域は、各々に固定された刺激応答性高分子ゲルに刺激を与えることによって、光透過率が変化するので、種々の色調（輝度も含む。以下、本明細書において同様である。）の表示が可能となる。
【００１７】
請求項１６に記載の発明は、前記表示素子と、入力される画像情報に従ってカラーフィルタの光透過率を変化させる手段と、前記画像情報に従って調光素子の光透過率を変化させる手段とを有する表示装置である。
【００１８】
前記表示装置は、前記表示素子を備えているので、色調に富んだ画像を表示することができる。
【００１９】
請求項１７に記載の発明は、基板と、該基板の一方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する有彩色の刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有する第１の層と、前記基板の他方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する黒色の刺激応答性高分子ゲルと、該黒色の刺激応答性高分子ゲルに接触する液体とを有する第２の層とを有する表示素子を用いる表示方法であって、前記黒色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与することによって前記第２の層の光透過率を変化させ、および／または、前記有彩色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与することによって前記第１の層の光透過率を変化させ、表示色の色調を変化させる表示方法である。
【００２０】
前記表示方法は、第１の層および第２の層の光透過率を個別に変化させることができるので、種々の組み合わせによって、表示色の色調を種々変化させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のカラーフィルタの１実施形態を示す。
カラーフィルタ１０は、レッド（Ｒ）の着色高分子ゲル１２Ｒと、グリーン（Ｇ）の着色高分子ゲル１２Ｇと、ブルー（Ｂ）の着色高分子ゲル１２Ｂとが基板１６の表面上の所定の位置に各々配置されて形成された、セグメント化された着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、着色領域１４Ｂを有する。基板１６と基板１８間には、封止材２０によって、液体２２が封入されていて、着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと接触している。着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、図２に示す様に、外部から加えられる刺激に応じて、液体２２を放出して収縮状態（図２（ａ））に、および液体２０を吸収して膨潤状態（図２（ｂ））に可逆的に変化する刺激応答性を有する。
【００２２】
着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを膨潤させた状態（図２（ｂ）には、１２Ｒの膨潤状態のみを図示する。１２Ｇ、１２Ｂも同様である。）で、カラーフィルタ１０に光を照射すると、着色領域１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ（図２（ｂ）には１４Ｒのみを図示する。１４Ｇ、１４Ｂも同様である。）で特定の波長の光が吸収され、透過光は白色を呈する。次に、刺激付与手段（不図示）から刺激を与え（あるいは刺激を与えるのを中断し）、着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを収縮させた状態（図２（ａ））で、カラーフィルタ１０に光を照射すると、いずれの着色領域においても光はほとんど吸収されないので、透過光量が増大し、透過光は明るい白色を呈する。高分子ゲル１２Ｒのみ膨潤状態にし、着色高分子ゲル１２Ｇ、１２Ｂを収縮状態にすると、透過光は赤色に変化する。同様に、各々の着色高分子ゲルに、選択的に刺激を付与することによって、着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、着色領域１４Ｂの光透過量を変化させ、透過光の呈する色調を種々変化させることができる。
【００２３】
尚、図２（ａ）および図２（ｂ）においては、着色高分子ゲルの体積変化を、収縮状態および膨潤状態の２値で示しているが、これに限定されず、着色高分子ゲルの体積を多段階的に変化させることも可能である。着色高分子ゲルを多段階的に変化させると、階調表現が可能となり、非常に多くの色調の色を得ることができる。また、図２では、複数の刺激応答性着色高分子ゲルによって、１色の着色領域を形成しているが、１つの着色高分子ゲルによって、１つの着色領域を形成していてもよい。
【００２４】
図３に本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す。図１と同様な部材には、同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。
カラーフィルタ１０’は、刺激付与層２４が表面上に形成された基板１６’と、刺激付与層２６が形成された基板１８’が、着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、および液体２２を挟持して構成されている。着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、各々、基板１６’上に形成された刺激付与層２４上に配置され、着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、着色領域１４Ｂを形成している。刺激付与層２４、２６は、例えば電極層であり、特定の位置の刺激付与層２４、２６にのみ電圧を供与することによって、選択的に着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに刺激を与えることができる。この様に、カラーフィルタ１０’では、着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに、基板１６’上に形成された刺激付与層２４、および基板１８’上に形成された刺激付与層２６から刺激を与えることにより、簡易な構成で、透過光の色調を種々変化させることができる。
【００２５】
本発明のカラーフィルタにおいて、刺激応答性着色高分子ゲルは、各色毎に、特定のパターンで、および等間隔で配置されているのが好ましい。また、前記実施の形態では、色の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの着色高分子ゲルを用い、着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、着色領域１４Ｂを形成して、加法混色によるフルカラーの表示を可能としたが、これに限定されず、例えば、シアン、マゼンタ、イエローの着色高分子ゲルを用い、各々に対応する着色領域を形成し、減法混色によりフルカラーを表示することもできる。
【００２６】
本発明のカラーフィルタの構成は、前記実施の形態の構成に限定されず、他の部材を含んでいてもよい。例えば、反射型表示用のカラーフィルタとする場合は、図４に示す様に、基板１８’の表面に、反射防止層、ノングレア層、防汚層、帯電防止層、保護層などの層２８を形成するとともに、光反射層３０を有するカラーフィルタ１０’’の構成にするのが好ましい。また、刺激付与層２４または２６が光反射層を兼用していてもよい。反射防止層を設けると表示素子表面の光反射を防止し視認性が改善する。また、ノングレア層を設けると映り込みを防止することができる。保護層を設けると基板表面を外部衝撃や傷から保護することができ、また、防汚層や帯電防止層を設けると表面の汚れを防ぐことができる。さらに、光の漏洩を防止するブラックマトリックスを着色領域（画素）間に設けてもよい。
【００２７】
図５に、カラーフィルタ１０’をカラー表示素子に適用した実施形態を示す。尚、図１および図２と同様な部材には、同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。
カラー表示素子１００はカラーフィルタ１０’と調光層４０とを積層した構成である。調光層４０は、黒色の高分子ゲル４２が、基板４６の表面上の所定の位置に配置されて形成された、セグメント化された調光領域４４を有する。基板４６と基板１６’’間には、封止材２０によって、液体２２が封入されていて、高分子ゲル４２と接触している。高分子ゲル４２は、外部から加えられる刺激に応じて、液体２２を吸収または放出して、膨潤または収縮する刺激応答性を有する。基板４６には、刺激付与層４８が設けられている。一方、基板１６’’の刺激付与層２４が設けられた面と反対側の面には、刺激付与層５０が形成されている。刺激付与層４８、５０は、例えば電極であり、特定の刺激付与層４８、５０間にのみ電圧を供与することによって、選択的に高分子ゲル４２に刺激を与えることができ、特定の調光領域４４の光透過率を変化させることができる。調光領域４４は、光透過方向に沿って、着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、着色領域１４Ｂの各々と対応する位置に配置されていて、調光領域４４の光透過率を変化させると、対応する着色領域１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂのいずれかへの光透過量が変化する。
【００２８】
図６〜図１６を用いて、カラー表示素子１００の色表示機能について説明する。
図６に示す様に、調光層４０の全ての高分子ゲル４２（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ各々の下に配置されている高分子ゲル４２を、４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂとする。また、着色領域１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへの透過光を調光可能な調光領域を、各々調光領域４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂとする。）を膨潤状態とすると、調光層４０への入射光は、黒色の高分子ゲル４２によりほとんど吸収され、カラー表示素子１００は黒色を表示する。次に、図７に示す様に、着色領域１４Ｒの下層に位置する調光領域４４Ｒの高分子ゲル４２Ｒにのみ刺激付与層３６から刺激を与えると、高分子ゲル４２Ｒは液体２２を放出して収縮する。その結果、調光領域４４Ｒから着色領域１４Ｒにのみ光が透過し、カラー表示素子１００は赤色を表示する。図８では、高分子ゲル４２Ｇのみが収縮状態であるので、調光領域４４Ｇから着色領域１４Ｇにのみ光が透過し、カラー表示素子１００は緑色を表示する。図９では、高分子ゲル４２Ｂのみが収縮状態であるので、調光領域４４Ｂから着色領域１４Ｂにのみ光が透過し、カラー表示素子１００は青色を表示する。
【００２９】
図１０では、黒色の高分子ゲル４２Ｒ、４２Ｇを収縮状態とすることで、調光領域４４Ｒから着色領域１４Ｒへ、および調光領域４４Ｇから着色領域１４Ｇへ各々光が透過し、カラー表示素子１００は赤色と緑色の混色（黄色）を表示する。同様に、図１１では、カラー表示素子１００は赤色と青色の混色（マゼンタ）を表示し、図１２では、カラー表示素子１００は緑色と青色の混色（シアン）を表示する。図１３では、高分子黒色ゲル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは全て収縮状態になっているので、調光層４０に入射された光のほとんどがカラーフィルタ１０’’へ透過し、着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、着色領域１４Ｂで特定の波長の光が吸収され、カラー表示素子１００は白色を呈する。
【００３０】
この様に、カラー表示素子１００では、調光層４０においてセグメント化されて配置されている黒色の高分子ゲル４２に選択的に刺激を与えることで、着色領域１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへの光透過量を変化させることができ、その結果、種々の色が表示される。また、調光素子に偏向板等の視野角を狭める部材を用いる必要がないので、視野角の広い表示が可能になる
【００３１】
さらに、カラー表示素子１００は、カラーフィルタ１０’’においてセグメント化されて配置された着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに選択的に刺激を与えることで、着色領域１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの光透過量を変化させることができ、その結果、輝度や色相等の色調をさらに種々変化させることができる。例えば、図１４では、高分子黒色ゲル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂが全て収縮状態であるとともに、着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂも全て収縮状態であるので、調光層４０およびカラーフィルタ１０’’の透過光量が増大し、カラー表示素子１００は、図１３の状態よりも、明るい白を表示する。また、図１５では、着色高分子ゲル１２Ｒ以外のゲルが収縮状態であるので、調光層４０およびカラーフィルタ１０’’の透過光量が増大し、カラー表示素子１００は、図７の状態よりも、明るく、色調が異なる赤色を表示する。同様な方法により、カラー表示素子１００は、種々の単色および混色（図１６）についても、より明るく、色調が異なる色を表示することができる。
【００３２】
この様に、カラー表示素子１００では、調光層４０およびカラーフィルタ１０’の光透過量を変化させることができるので、光利用効率を改善することができ、明るい表示が可能であるとともに、表示色の色調に富んだ表示が可能になる。
【００３３】
尚、図６〜図１６において、着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、および高分子ゲル４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの体積変化を、収縮状態および膨潤状態の２値で示しているが、これに限定されず、高分子ゲルの体積を多段階的に変化させることも可能である。多段階的に変化させると、階調表現が可能となり、非常に多くの色調の色を得ることができる。
【００３４】
図１７には、ハーフミラーの様な半透明な光反射層３０を有するとともに、バックライト層３２を有する構成のカラー表示素子１００’を示す。この様な構成とすると、明るい状態では反射型として利用し、外からの入射光量が低下し、暗くなった場合にバックライト層３２から光を供給することが可能となる。その結果、低消費電力で、より明るい表示が可能になる。さらに、前述の目的で、基板１８の表面に、反射防止層、ノングレア層、防汚層、帯電防止層、保護層などの層３４を設けることもできる。その他、駆動用回路、駆動用配線、カラーフィルタ１０’の光利用効率を高めるためのマイクロレンズ、光の漏洩を防止するブラックマトリックス等の部材を含む構成であってもよい。
尚、本発明のカラー表示素子を光透過型の素子とする場合は、光反射層３０は不要になる。また、光反射型の素子とする場合は、通常、バックライト層は不要になる。
【００３５】
図１８に、カラーフィルタ１０’をカラー表示素子に適用した他の実施形態を示す。尚、図１、図２、および図５と同一の部材には同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。
カラー表示素子１００’’は、カラーフィルタ１０’と液晶調光層４０’とを積層した構成である。液晶調光層４０’は、液晶５２が、基板４６’と基板１６’’’間に封入されて構成されている。基板４６’には、セグメント化された電極（不図示）が形成され、基板１６’’’の刺激付与層２４が設けられた面と反対側の面には、電極（不図示）が形成されている。特定の対向する電極間にのみ電圧を供与することによって、選択的に特定の着色領域１４（１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇを含む）に対応する位置にある液晶５２のみを光透過方向に配向させることができる。その結果、特定の着色領域１４への光透過量が変化し、カラー表示素子１００’’は種々の色相の色を表示することができる。
【００３６】
カラー表示素子１００’’は、カラーフィルタ１０’中の着色高分子ゲル１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを収縮状態にすることで、従来のカラーフィルタを用いた場合より、光の利用効率を高くすることができ、明るい白色表示が可能となる。また、単色や混色を表示する際も、残りの１または２の着色領域を形成している着色高分子ゲルを収縮状態にすることで、単色および混色においても明るい表示が可能になる。従って、従来のカラーフィルタを用いた構成に比べて明るく、幅広い色調を表示することができる。
【００３７】
液晶調光層４０’を利用したカラー表示素子は、図１９に示すカラー表示素子１００’’’の様に、液晶調光層４０’の前後に種々の機能層５４（図１９中、５４ａ〜５４ｅで示す）を有する構成が好ましい。機能層５４としては、例えば、配向膜、偏光子、光学補償膜、位相差膜などが挙げられる。これらのうち、光学補償膜と位相差膜は調光機能や色調の最適化や視野角の拡大などの目的で形成される。図１９では、機能層５４として、層５４ａおよび層５４ｅに偏光膜、層５４ｂに光学補償膜、層５４ｃおよび層５４ｄに配向膜を配置した構成を示した。さらに、カラー表示素子１００’’’は、前述と同様の目的で、保護層３４、半透明の光反射層３０、およびバックライト層３２が設けられている。
【００３８】
尚、カラー表示素子１００’’’には、偏光膜が２層設けられているが、反射型表示素子ではいずれか一層であってもよい。ＧＨ液晶を用いた場合は偏光膜は不要になる。また、偏光膜の配置は図１９に示す位置に限定されるわけではない。光透過型の素子とする場合は、光反射層３０は不要になる。また、光反射型の素子とする場合は、通常、バックライト層３２は不要になる
【００３９】
液晶調光素子としては一般的な構成のものを使用することができる。使用可能な液晶のタイプとしては、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶、スーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）液晶、ゲスト−ホスト（ＧＨ）液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ポリマー分散液晶などが挙げられる。これらのなかでもＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶やＧＨ液晶は特に好ましい。また、特にＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶を使用し、複屈折を利用するモードの表示素子では、偏光子を利用すること、また、液晶配向膜や視野角を広げる光学補償層を形成することは公知の技術と同様にして好ましく実施される。液晶調光層への電界の印加においては、種々の電極層やＴＦＴ素子、ＭＩＭ素子を用いることが可能である。また、液晶調光層の基板上に駆動用回路を設けることも公知の技術と同様にして実施可能である。
【００４０】
本発明の表示素子に利用可能な調光素子としては、その他、エレクトロクロミック調光素子（ＥＣＤ）、電気泳動調光素子、エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ）、ＬＥＤ、ＣＲＴなどの種々発光型調光素子等が挙げられる。ＴＮ液晶、ＧＨ液晶、有機ＥＬ、無機ＥＬを利用した調光素子を用いると、明るさや消費電力の観点で優れている。また、特に、調光素子として、黒色の刺激応答性高分子ゲルを利用した調光素子を用いると、上記した様に、表示素子の光利用効率が高く、かつ、色調を種々変化させることができ、さらに視野角の広い表示が可能となる。
【００４１】
本発明の表示素子の構成は、前記実施の形態の構成に限定されず、例えば、カラーフィルタと調光層とが逆に積層された構成であってもよい。また、前記実施の形態では、カラーフィルタと調光層とが１の基板を併用しているが、個別に基板を設けた構成であってもよい。
【００４２】
次に、本発明のカラーフィルタおよび表示素子に用いる種々の部材について説明する。
本発明に用いられる刺激応答性着色高分子ゲルとは、液体に接触させた状態で高分子ゲルにｐＨ変化、イオン濃度変化、化学物質の吸脱着量変化、光、熱、電流、電界、または磁界などの外部刺激を与えると、高分子ゲルが状態変化し、外部刺激を与えるのを中断すると、元の状態に戻るものをいう。状態変化としては、高分子ゲルが接触する液体を吸収または放出することによって生じる可逆的体積変化（膨潤・収縮）が好ましい。可逆的体積変化する刺激応答性高分子ゲルを用いると、該体積変化に伴い、高分子ゲルの光吸収面積や含有される色材の光吸収効率が変化し、光透過率を可逆的に変化させることができる。
【００４３】
以下に、本発明に好ましく使用し得る刺激応答性高分子ゲルの具体例を示すが、本発明に用いられる刺激応答性高分子ゲルは、以下の具体例に限定されるものではない。尚、以下の記載中、“（メタ）”の如き記載は、（ ）内に記載の化合物名も含むことを意味する。
電極反応などによるｐＨ変化に応答する刺激応答性高分子ゲルとしては、電解質系高分子ゲルが好ましい。具体的には、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋体やその金属塩；（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステル、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその４級塩や金属塩；マレイン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリビニルスルホン酸の架橋体やその金属塩；ビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋体やその金属塩；ビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリ（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋体やその金属塩；（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドの架橋体やその４級塩；ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩や４級塩；ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドとポリビニルアルコールとの複合体の架橋体やその４級塩；ポリビニルアルコールとポリ（メタ）アクリル酸との複合体の架橋体やその金属塩；カルボキシアルキルセルロース金属塩の架橋体；ポリ（メタ）アクリロニトリルの架橋体の部分加水分解物やその金属塩；等が挙げられる。
【００４４】
中でも、ポリ（メタ）アクリル酸架橋体やその金属塩；（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミドの共重合体の架橋体やその金属塩；マレイン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸とジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその４級塩や金属塩；ポリビニルアルコールとポリ（メタ）アクリル酸との複合体の架橋体やその金属塩；が好ましい。
【００４５】
電界による界面活性剤などの化学物質の吸脱着量の変化に応答する刺激応答性高分子ゲルとしては、強イオン性高分子ゲルが好ましい。具体的には、ポリビニルスルホン酸の架橋体やその金属塩；ビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋体やその金属塩；ビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリ（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋体やその金属塩；（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；等が挙げられる。中でも、ポリビニルスルホン酸の架橋体やその金属塩、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋体やその金属塩、ポリ（メタ）アクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋体やその金属塩が好ましい。これらの高分子ゲルを、ｎ−ドデシルピリジニウムクロライドなどのアルキルピリジニウム塩、アルキルアンモニウム塩、フェニルアンモニウム塩、テトラフェニルホスフォニウムクロライドなどのホスホニウム塩等のカチオン性界面活性剤と組み合わせ、該カチオン性界面活性剤の高分子ゲルに対する吸脱着量を変化させることで、前記高分子ゲルを体積変化させることができる。
【００４６】
電気的酸化・還元に応答する刺激応答性高分子ゲルとしては、カチオン性高分子ゲルと電子受容性化合物とのＣＴ錯体（電荷移動錯体）が好ましい。具体的には、ポリジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどポリ［Ｎ−アルキル置換アミノアルキル（メタ）アクリルアミド］の架橋体；ポリジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ポリジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートなどのポリ（メタ）アクリル酸Ｎ−アルキル置換アルキルエステルの架橋体；ポリスチレンの架橋体；ポリビニルピリジンの架橋体；ポリビニルカルバゾールの架橋体；ポリジメチルアミノスチレンの架橋体等が挙げられる。中でも、Ｎ−アルキル置換アルキル（メタ）アクリルアミドの架橋体が好ましい。これらの高分子ゲルと、ベンゾキノン、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、テトラシアノエチレン、クロラニル、トリニトロベンゼン、無水マレイン酸やヨウ素などの電子受容性化合物とを組み合わせることで、電気的酸化・還元に応じて体積変化が可能となる。
【００４７】
熱に応答する刺激応答性高分子ゲルとしては、ＬＣＳＴ（下限臨界共融温度）を有する高分子の架橋体、および互いに水素結合する２成分の高分子ゲルのＩＰＮ体（相互侵入網目構造体）や凝集性の側鎖をもつイオン性ゲル等が好ましい。通常、ＬＣＳＴゲルは高温において収縮し、一方、後者のＩＰＮ体やイオン性ゲルは高温で膨潤する特性を有する。前者の具体的な化合物としては、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミドなどのポリ［Ｎ−アルキル置換（メタ）アクリルアミド］の架橋体；Ｎ−アルキル置換（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどから選択される１種以上との共重合体の架橋体やその金属塩；ポリビニルメチルエーテルの架橋体；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのアルキル置換セルロース誘導体の架橋体；等が挙げられる。一方、後者の化合物としては、ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体とポリ（メタ）アクリル酸との架橋体からなるＩＰＮ体およびその部分的中和体（アクリル酸単位を部分的に金属塩化したもの）；長鎖アルキル基を有する（メタ）アクリル酸エステルと（メタ）アクリル酸との共重合体の架橋体やその金属塩；芳香族系モノマと（メタ）アクリル酸との共重合体の架橋体やその金属塩；等が挙げられる。中でも、ポリ［Ｎ−アルキル置換（メタ）アクリルアミド］の架橋体；ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体とのＩＰＮ体およびその部分中和体；長鎖アルキル基を有する（メタ）アクリル酸エステルと（メタ）アクリル酸との共重合体の架橋体やその金属塩；芳香族系モノマと（メタ）アクリル酸との共重合体の架橋体やその金属塩；等が好ましい。
【００４８】
光に応答する刺激応答性高分子ゲルとしては、トリアリールメタン誘導体やスピロベンゾピラン誘導体等の光によってイオン解離する基を有する親水性高分子化合物の架橋体が好ましい。具体的には、ビニル置換トリアリールメタンロイコ誘導体とアクリルアミドとの共重合体の架橋体等が挙げられる。中でも、ビニル置換トリアリールメタンロイコ誘導体とアクリルアミドとの共重合体の架橋体が好ましい。
【００４９】
磁気に応答する刺激応答性高分子ゲルとしては、強磁性体粒子や磁性流体等を含有するポリビニルアルコールの架橋体等が挙げられる。
【００５０】
刺激応答性高分子ゲルの刺激による体積変化量は大きいことが好ましく、膨潤時および収縮時の体積比が５以上であるのが好ましく、１０以上であるのがより好ましく、１５以上であるのがさらに好ましい。
【００５１】
刺激応答性高分子ゲルは、球体、立方体、楕円体、多面体、多孔質体、繊維状、星状、針状、中空状等、種々の形状のものを利用することができる。刺激応答性高分子ゲル粒子の大きさは、その液体を含まない状態において平均粒径で０．１μｍ〜１ｍｍであるのが好ましく、１μｍ〜５００μｍであるのがより好ましい。粒径が０．１μｍ以下であると、粒子のハンドリングが困難になる、優れた光学特性が得られない等の問題を生じる。一方、粒径が５００μｍを超えると、体積変化に要する応答速度が遅くなる等の問題を生じる。
【００５２】
本発明のカラーフィルタに利用される刺激応答性着色高分子ゲルは、特定濃度以上の色材（有彩色）を含有する。また、調光素子に利用される黒色の刺激応答性高分子ゲルは、特定濃度以上の黒色の色材を含有する。刺激応答性高分子ゲルに含有される色材としては、染料や無機系顔料、有機系顔料などが好ましい。また、前記色材は、刺激応答性高分子ゲルに、物理的あるいは化学的に固定されているのが好ましい。
尚、顔料及び染料等の色材は、単独で使用してもよく、所望とする色を得るために混合して使用してもよい。
【００５３】
前記染料の好適な具体例としては、例えば、黒色のニグロシン系染料、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラー染料であるアゾ染料、アントラキノン系染料、インジゴ系染料、フタロシアニン系染料、カルボニウム染料、キノンイミン染料、メチン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ベンゾキノン染料、ナフトキノン染料、ナフタルイミド染料、ベリノン染料などが挙げられ、特に光吸収係数が高いものが望ましい。例えば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１、８、１１、１２、２４、２６、２７、２８、３３、３９、４４、５０、５８、８５、８６、８７、８８、８９、９８、１５７、Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１、３、７、１１、１７、１９、２３、２５、２９、３８、４４、７９、１２７、１４４、２４５、Ｃ．Ｉ．ベイシックイエロー１、２、１１、３４、Ｃ．Ｉ．フードイエロー４、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー３７、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー６、９、１７、３１、３５、１００、１０２、１０３、１０５、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、２、４、９、１１、１３、１７、２０、２３、２４、２８、３１、３３、３７、３９、４４、４６、６２、６３、７５、７９、８０、８１、８３、８４、８９、９５、９９、１１３、１９７、２０１、２１８、２２０、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８、２２９、２３０、２３１、
【００５４】
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１、６、８、９、１３、１４、１８、２６、２７、３５、３７、４２、５２、８２、８５、８７、８９、９２、９７、１０６、１１１、１１４、１１５、１１８、１３４、１５８、１８６、２４９、２５４、２８９、Ｃ．Ｉ．ベイシックレッド１、２、９、１２、１４、１７、１８、３７、Ｃ．Ｉ．フードレッド１４、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド２３、１８０、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド５、１６、１７、１８、１９、２２、２３、１４３、１４５、１４６、１４９、１５０、１５１、１５７、１５８、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、２、６、１５、２２、２５、４１、７１、７６、７８、８６、８７、９０、９８、１６３、１６５、１９９、２０２、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１、７、９、２２、２３、２５、２９、４０、４１、４３、４５、７８、８０、８２、９２、９３、１２７、２４９、Ｃ．Ｉ．ベイシックブルー１、３、５、７、９、２２、２４、２５、２６、２８、２９、Ｃ．Ｉ．フードブルー２、Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー２２、６３、７８、８３〜８６、１９１、１９４、１９５、１０４、
【００５５】
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック２、７、１９、２２、２４、３２、３８、５１、５６、６３、７１、７４、７５、７７、１０８、１５４、１６８、１７１、Ｃ．Ｉ．アシッドブラック１、２、７、２４、２６、２９、３１、４４、４８、５０、５２、９４、Ｃ．Ｉ．ベイシックブラック２、８、Ｃ．Ｉ．フードブラック１、２、Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック３１、Ｃ．Ｉ．フードバイオレット２、Ｃ．Ｉ．ソルベントバイオレット３１、３３、３７、Ｃ．Ｉ．ソルベントグリーン２４、２５、Ｃ．Ｉ．ソルベントブラウン３、９等が挙げられる。
【００５６】
不飽和二重結合基などの重合可能な基を有した構造の染料や、前記高分子ゲルと反応可能ないわゆる反応性染料等を使用すると、染料を前記高分子ゲルに化学的に固定化することができるので好ましい。また、色材として染料を用いる場合、前記高分子ゲル中に含有させる染料の濃度は、３重量％〜５０重量％であるのが好ましく、５重量％〜３０重量％であるのがより好ましい。また、染料濃度は少なくとも前記高分子ゲルの乾燥あるいは収縮状態において、飽和吸収濃度以上である必要がある。ここで、飽和吸収濃度以上とは、特定の光路長のもとにおける染料濃度と光学濃度（あるいは光吸収量）の関係が一次直線の関係から大きく乖離するような高い染料濃度の領域をいう。
【００５７】
一方、前記顔料の具体例としては、黒色顔料であるブロンズ粉、各種カーボンブラック（チャネルブラック、ファーネスブラック等）、白色顔料である酸化チタンなどの金属酸化物や、カラー顔料である例えば、フタロシアニン系のシアン顔料、ベンジジン系のイエロー顔料、ローダミン系のマゼンタ顔料、あるいはこの他にもアントラキノン系、アゾ系、アゾ金属錯体、フタロシアニン系、キナクリドン系、ペリレン系、インジゴ系、イソインドリノン系、キナクリドン系、アリルアミド系などの各種顔料を挙げることができる。イエロー系顔料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。より詳細には、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、１３、１４、１５、１７、６２、７４、８３、９３、９４、９５、１０９、１１０、１１１、１２８、１２９、１４７、１６８等が好適に用いられる。
【００５８】
また、マゼンタ系顔料としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が用いられる。より詳細には、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２、３、５、６、７、２３、４８；２、４８；３、４８；４、５７；１、８１；１、１４４、１４６、１６６、１６９、１７７、１８４、１８５、２０２、２０６、２２０、２２１、２５４が特に好ましい。シアン系顔料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が利用できる。具体的には、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１、７、１５、１５：１、１５：２、１５；３、１５：４、６０、６２、６６等が特に好適に利用できる。
【００５９】
色材として使用する顔料の粒径は、１次粒子の平均粒径で０．００１μｍ〜１μｍであるのが好ましく、０．０１μｍ〜０．５μｍであるのが特に好ましい。顔料の粒径が０．０１μｍ以下であると、前記高分子ゲルからの流出が起こり易く、一方、０．５μｍを超えると、発色特性が低下する傾向がある。
【００６０】
色材として顔料を用いる場合、顔料は、高分子ゲル中に、染料と同様、飽和吸収濃度以上で含有される必要がある。ここで、飽和吸収濃度以上とは、特定の光路長のもとにおける顔料濃度と光学濃度（あるいは光吸収量）の関係が一次直線の関係から大きく乖離するような高い顔料濃度の領域を示す。前記飽和吸収濃度以上にするのに必要な含有量は、使用する顔料の光吸収係数によって異なるが、一般的には、前記高分子ゲル中における顔料濃度は、３重量％〜９０重量％であるのが好ましく、５重量％〜８０重量％であるのがより好ましい。顔料の濃度が３重量％以下であると、飽和吸収濃度以上とならず発色材料の体積変化による色濃度変化が現れ難くなる。カラーフィルタ層の厚みを厚くすることにより、高コントラスト化することができるが、それによって応答速度が低下する等の問題が生じる。一方、顔料の濃度が９０重量％を超えると、高分子ゲルの刺激応答特性や体積変化量が低下する傾向がある。
【００６１】
色材の前記高分子ゲルからの流出を防止するには、前記高分子ゲルの架橋密度を最適化して、色材を高分子網目中に物理的に閉じ込める、高分子ゲルとの電気的、イオン的、その他物理的な相互作用が高い色材を用いる、表面を化学修飾した色材を用いるのが効果的である。表面を化学修飾した色材としては、例えば、表面にビニル基などの不飽和基や、不対電子（ラジカル）等の高分子ゲルと化学結合する基を導入した顔料や、高分子材料をグラフトした顔料等が挙げられる。
【００６２】
前記高分子ゲルは、物理的粉砕法によって粉砕する方法、架橋前の高分子を物理的粉砕法や化学的粉砕法によって粒子化した後に架橋してゲルとする方法、あるいは乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法などの粒子化重合法等の一般的な方法によって製造することができる。高分子ゲル中に、前記色材を含有させる方法としては、架橋構造を形成する前の高分子に、色材を均一に分散混合し、その後、該高分子を架橋して色材を含有する高分子ゲルを得る方法や、重合時に高分子前駆体モノマ組成物に色材を添加しておき、その後、重合して色材を含有する高分子ゲルを得る方法が好ましい。重合時において色材を添加する場合には、重合性基や不対電子（ラジカル）を有する色材を使用し、高分子と化学結合させるのも好ましい。また、色材は、高分子ゲル中に均一に分散されているのが好ましく、特に、高分子へ色材を分散する場合は、機械的混練法、攪拌法、あるいは分散剤などを利用して均一に分散させることが望ましい。
【００６３】
前記高分子ゲルを多孔質化すると、高分子ゲルへの液体の吸収および高分子ゲルからの液体の放出を促進することができ、応答速度が向上するので好ましい。多孔質化の方法としては、例えば、顔料を含有する高分子ゲルに、液体を吸収させ膨潤状態とし、これを凍結乾燥する方法が挙げられる。
【００６４】
さらに、前記高分子ゲル粒子の表面には、光散乱部材を固定化してもよい。光散乱部材を表面に固定化すると、よりコントラストの高い色表示が可能なカラーフィルタおよび表示素子を提供することができる。光散乱部材を表面に固定化した刺激応答性高分子ゲルとしては、特願平１０−１９０４０９号明細書に詳細が記載されている。
【００６５】
前記高分子ゲルに接触して配置される液体は、前記高分子ゲルに吸収されることによって前記高分子ゲルを膨潤させるとともに、前記高分子ゲルから放出されることによって、前記高分子ゲルを収縮させる機能を有する液体であるのが好ましい。具体的には、水、電解質水溶液、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール類、アセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類、エーテル類、エステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、アセトニトリル、プロピレンカーボネートや脂肪族や芳香族系有機溶媒などやそれらの混合物が使用できる。また、液体には高分子ゲルに吸脱する界面活性剤、溶液のｐＨ変化を促進するためのビオロゲン誘導体などの酸化還元剤、酸、アルカリ、塩、および分散安定剤、酸化防止や紫外線吸収などの安定剤などを添加してもよい。
【００６６】
前記高分子ゲルと液体との混合比は、重量比で１：２０００〜１：１（高分子ゲル：液体）であるのが好ましい。
【００６７】
また、前記高分子ゲルと前記液体とをマイクロカプセルに内包させて使用することも、利用範囲の拡大や特性の向上の観点から好ましい。
【００６８】
本発明のカラーフィルタ、および表示素子の基板としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、セルロース誘導体などの高分子フイルムや板状基板、ガラス基板、金属基板、セラミック基板などを使用することができる。尚、素子構成にもよるが、基板は光学的に透明であるのが好ましく、特に、透過型表示素子の場合は基板の全てが透明であるのが好ましい。基板の厚みについては、特に限定はないが、一般的には、２０μｍ〜２ｃｍであるのが好ましい。
【００６９】
本発明において、カラーフィルタ、または表示素子（黒色高分子ゲルを利用した調光素子を備えた構成）が、内部に刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与する刺激付与手段を備えていると、構成が簡易になるので好ましい。刺激付与手段は、前記高分子ゲルに刺激を与え、その体積を可逆的に変化させる機能を有する。特に、前記高分子ゲルに与える刺激が、電気的、熱的、光学的刺激であると、刺激付与の制御が容易になるので好ましい。
【００７０】
電気的な刺激では、電界応答、酸化・還元反応、化学物質の泳動による吸脱着、液体のｐＨ変化により刺激応答性高分子ゲル粒子が応答する。電気的刺激を前記高分子ゲルに与える刺激付与手段としては、銅、アルミニウム、銀、プラチナ等に代表される金属層、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴＯ）層に代表される金属酸化物層、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリアセチレン類などに代表される導電性高分子層、高分子と前述の金属や金属酸化物の粒子との複合材料層などの電極層を、上下の基板面に設け、該電極層間に画像信号に応じて電圧を供与する構成が好ましい。また、前記電極層とＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ／Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｍｅｔａｌ）素子などのスイッチング素子を組み合わせることも、電極層に結合した配線を設けることも好ましく実施される。
尚、液晶調光素子を用いる場合は、刺激付与手段と同様な、液晶調光素子を駆動するための電極層が必要となり、該電極層の材質としては、前記と同様な材質が挙げられる。
【００７１】
刺激付与手段を構成している電極層はセグメント化され、且つ、セグメント化された電極層に対応して、着色領域または調光領域が形成されているのが好ましい。この様な構成にすることにより、任意の着色領域（画素）および任意の調光領域に選択的且つ個別に刺激を付与することができるので好ましい。セグメント化された電極層の好ましい面積および形状は、用途や所望の解像度により異なるが、一般的なＰＣなどの小型ディスプレイ用途では、一辺が５０μｍから５００μｍの四角形や、幅が５０μｍから５００μｍのストライプであるのが好ましい。また、大面積ディスプレイ用途では、さらに大きなセグメントであっても構わない。基板上に形成される電極層の厚みは、一般に１ｎｍから５０μｍであるのが好ましい。
【００７２】
熱的刺激を前記高分子ゲルに与える刺激付与手段としては、Ｎｉ−Ｃｒ化合物などに代表される金属層、酸化タンタルやＩＴＯなどの金属酸化物層、カーボン層などに代表されるの発熱抵抗体層を、上下の基板面に設け、該発熱抵抗体層を前記電極材料等を用いて配線し、画像信号に応じて前記発熱抵抗体層に電圧を供与する構成が好ましい。また、発熱抵抗体層は着色領域および調光領域に対応してセグメント化されているのが、前記電極層と同様に好ましい。
【００７３】
光学的刺激を前記高分子ゲルに与える刺激付与手段としては、レーザー、ＬＥＤ、ＥＬなどの発光素子層を用いることが好ましい。なお、光刺激を与える場合は、表示素子内部（カラーフィルタおよび調光素子内部を含む）に発光層を形成してもよいが、素子の外部に発光駆動素子や装置を設けることも好ましい。発光層を設ける場合は、着色領域および調光領域に対応してセグメント化されているのが、前記電極層と同様に好ましい。
【００７４】
その他、刺激付与手段は、磁界や電磁波を高分子ゲルに与える層を基板上に形成することによって構成してもよい。
【００７５】
本発明のカラーフィルタおよび表示素子を反射型表示素子に適用する場合は、光反射手段を設けるのが好ましい。光反射手段としては、アルミニウム、クロム、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、ニッケル、金、銀、プラチナなどの種々の金属膜や、酸化金属あるいはこれらの混合物の膜などを使用することができる。また、光反射手段は前記刺激付与手段を構成する電極層、発熱抵抗体層、発光層などと併用してもよい。尚、光反射手段は、カラーフィルタや調光素子の基板上に直接形成されていても、個別に設けられていてもよい。
【００７６】
本発明のカラーフィルタおよび表示素子を透過型表示素子に適用する場合は、バックライトを設けるのが好ましい。バックライトは、冷陰極管、蛍光管、ＬＥＤ、ＥＬ等、およびそれらと導光体や光拡散体とを組み合わせた素子等、液晶表示素子に使用されているものを広く利用することができる。
【００７７】
尚、前記反射防止や帯電防止、ブラックマトリックス等、その他の部材については詳細な説明を省略するが、公知の技術と同様な種々の材料を用いることができる。
【００７８】
次に、本発明のカラーフィルタおよび表示素子の作製例を示す。カラーフィルタの作製例として、電気刺激応答性着色高分子ゲル（Ｒ、Ｇ、Ｂの３色）を用い、刺激付与手段として電極層を有する基板を用いた場合の作製例を示す。
まず、基板の面上に電極層をエッチング処理等により形成する。例えば、セグメント駆動させる場合は特定の電極セグメントを、パッシブ駆動させる場合はストライプ電極を、またＴＦＴ等のアクティブ駆動させる場合は、少なくとも一方の基板上に、ＴＦＴ素子とセグメント電極を形成する。
【００７９】
次に、Ｒ、Ｇ、Ｂの着色高分子ゲルを、各々所定の位置に配置し、着色領域Ｒ、Ｇ、Ｂを形成する。前記着色高分子ゲルを所定の位置に配置する方法としては、例えば、前記着色高分子ゲルを基板上あるいは電極上に固定する方法が挙げられる。特に、着色高分子ゲルを前記の様にして形成した電極上に固定すると、着色高分子ゲルに、選択的に電気的刺激を与えることができるので好ましい。例えば、ゲル粒子を用いてこれを基板や電極上に固定する方法としては、種々の２官能性化合物や接着剤を利用する化学的な方法により、あるいは物理的な方法により行うことができる。化学的な方法としては、例えば、反応性シランカップリング剤を用いて基板や電極上をあらかじめ処理して官能基を導入し、これと前記ゲル粒子の官能基とを反応させることにより、共有結合させてゲル粒子を基板上等に固定する方法が挙げられる。その他にも、種々の多官能性化合物や接着剤によりゲル粒子を固定する方法が挙げられる。また、物理的方法としては、基板や電極表面を立体的に加工して、ゲル粒子を基板上等に形成された凹部等に固定化する方法や、セル構造の特定の区画にゲルを閉じ込める方法が挙げられる。また、基板等の表面を立体的に加工し、凸部を形成して、該凸部にゲル粒子を結合させたり、長鎖化合物（スペーサ）や高分子繊維、金属繊維等を介してゲル粒子を基板上等に固定すると、ゲル粒子と基板等との間にある程度の空間を設けることができ、ゲル粒子の刺激応答特性を低下させることなく、ゲル粒子を所定の位置に固定することができるので好ましい。さらには、ゲル粒子および液体をマイクロカプセル等に内包させ、該マイクロカプセルを固定化することも好ましく実施される。
【００８０】
Ｒ、Ｇ、Ｂの刺激応答性高分子ゲル粒子を、各々、基板上等の異なった位置に結合（固定化）させ、着色領域を形成するには、例えば、各々のゲル粒子を含む組成物を印刷等で基板上の所望の位置に塗布し反応させる方法、およびマスキング法などにより各色を逐次形成し結合させる方法等が利用できる。各色の画素の配置は様々なものが適用できるが、一般的には各色が特定の規則性をもって配置されることが望ましい。例えば、ストライプ状に特定の色を配置する構成などが挙げられる。図２０に、基板の面上に形成されたセグメント電極層２４上に、等しい面積の着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、および着色領域１４Ｂを等間隔で配置したカラーフィルタの平面図を示す。着色領域１４Ｒ、着色領域１４Ｇ、および着色領域１４Ｂを図２０に示す配置とすれば、着色領域はカラーフィルタおよび表示素子において画素になり得る。
【００８１】
着色領域（画素）を構成している着色高分子ゲル粒子は、１個であっても多数個あってもよい。着色高分子ゲル粒子の応答性は、その粒子径が小さいほど優れているので、複数個の小粒子径の着色高分子ゲルにより、画素を形成するのが好ましい。また、着色高分子ゲル粒子が膨潤した場合、粒子間に隙間が少ないのが好ましい。また、着色高分子ゲル粒子は１粒子層として、基板上等に固定されているのが、高い調光機能を得る点で好ましい。
【００８２】
次に、表面にゲル粒子を固定化した基板を、他の基板と特定の間隔を設けて対向させ、張り合わせる。対向する一対の基板の間隔は、１μｍ〜５ｍｍであるのが好ましい。特に小型表示素子では、前記間隔が１０μｍ〜２００μｍであるのが好ましい。間隔が１μｍ未満であると、発色濃度が低くなり所望のコントラストを得ることができず、５ｍｍを超えると素子が重くなり実用上問題となる場合がある。一対の基板の間隔を所定の大きさにするためには、種々の大きさのスペーサ粒子を基板間に散布する方法や、フィルムスペーサーを用いる方法、基板等上に形成された立体的な構造体等を利用する方法が好ましく実施される。
また、スペーサがゲル粒子を区画化するセル構造になっていてもよい。さらに、このスペーサがブラックマトリックスを兼ねていてもよい。
【００８３】
２枚の基板を張り合わせる場合、特定の開口部を除き周囲を接着剤、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂で封止することが好ましい。
【００８４】
次に、前記開口部から減圧注入法等で液体を基板間に注入し、その後、開口部を封止し、カラーフィルタを得る。
【００８５】
黒色の刺激応答性高分子ゲルを利用した調光素子も、前記カラーフィルタの作製法と同様なプロセスで作製することができる。カラーフィルタと調光素子は積層されるので、基板を共用することができる。基板を共用する構成とする場合は、共用される基板には、双方の面上に電極層等の刺激付与層が設けられているのが好ましい。また、調光素子の黒色の高分子ゲルから形成される調光領域は、カラーフィルタの各画素と対応した大きさや位置で配置されている、もしくは個々の画素に対応して調光可能に構成されているのが好ましい。
【００８６】
液晶調光素子を利用したカラー表示素子を作製する場合は、前記の様にして作製したカラーフィルタと、液晶調光素子とを積層する。この構成においても、カラーフィルタと液晶調光素子は基板を共用することが可能である。液晶調光素子は、一対の刺激付与手段を設けた基板間に液晶を注入するという一般的な方法で作製できる。具体例として、ＴＮ液晶やＳＴＮ液晶を用いた液晶調光素子の作製例を以下に説明する。
まず、電極付き基板上に配向膜を形成し、これを所望の方向にラビング処理する。基板上に所望の大きさのスペーサーを散布した後、一対の基板を張り合わせ、一部に液晶の注入口を残して、周囲を樹脂等で封止する。その後、減圧注入法により液晶を注入した後、開口部を封止することで液晶セルが得られる。さらに、反射型表示では少なくとも１つ、透過型表示では一対の偏光板を液晶層に隣接して形成する。また、種々の光学補償板や位相差板を形成することも好ましく実施される。
【００８７】
この他にも、ＧＨ液晶表示を用いることも好ましく、その場合は偏光板が不要になる。液晶調光層の厚みや材料は、公知技術と同様な一般的な範囲で選択することが可能である。
【００８８】
本発明の表示装置は、本発明のカラーフィルタと、該カラーフィルタへの入射光を調光する調光素子と、入力される画像情報に従ってカラーフィルタの光透過率を変化させる第１の手段と、前記画像情報に従って調光素子の光透過率を変化させる第２の手段とを有する表示装置である。第１の手段は、入力される画像信号に応じて、カラーフィルタの内部または外部に設けられている刺激付与手段（刺激応答性着色高分子ゲルに刺激を付与する手段）を制御し、選択的に刺激応答性着色高分子ゲルに刺激を付与し、カラーフィルタの光透過率を変化させる機能を有する。例えば、前記刺激付与手段が、基板上にセグメント化された電極層から構成されている場合は、電極層への通電を画像信号に応じて制御する機能を有する。一方、第２の手段は、入力される画像信号に応じて、調光素子を駆動させ、調光素子の光透過率を変化させる機能を有する。前記調光素子が黒色の刺激応答性高分子ゲルを利用した態様である場合は、表示素子の内部または外部に設けられている刺激付与手段（黒色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与するための手段）を制御し、選択的に刺激応答性着色高分子ゲルに刺激を付与し、カラーフィルタの光透過率を変化させる機能を有する。例えば、前記刺激付与手段が、調光層の基板上にセグメント化された電極層から構成されている場合は、画像信号に応じて電極層への通電を制御する機能を有する。
【００８９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例によって制限されるものではない。
【００９０】
・刺激応答性高分子ゲル粒子の作製例１
以下の様にして、ｐＨ応答性の高分子ゲル粒子（黒色、Ｒ、Ｇ、Ｂ）を作製した。
１次粒径約０．１μｍのカーボンブラック（昭和キャボット社製、「ショウブラック」：以下カーボンブラックのことを「ＣＢ」と略す）１０ｇを、界面活性剤の「エマルゲン９０９」（花王製）０．３ｇを添加した蒸留水５０ｍｌに混合し、超音波分散装置を用いてＣＢを均一に分散させた溶液を調製した。次に、モノマーとしてアクリル酸１０ｇ、架橋剤としてメチレンビスアクリルアミド０．０２ｇを蒸留水２０ｍｌに溶解し、これに水酸化ナトリウム６ｇを混合してアクリル酸を中和したモノマ水溶液を調製した。この水溶液を先に調製したＣＢ分散溶液と混合し、これをフラスコ中に入れ、脱気、窒素置換した。
【００９１】
このモノマ混合物に、重合開始剤として過硫酸アンモニウム０．２ｇを添加し、分散媒であるシクロヘキサン２００ｍｌに投入し、これを窒素パージした容器内に加え、ホモジナイザーで高速攪拌して乳化した。さらに、重合促進剤としてテトラエチルエチレンジアミン０．１ｍｌを添加し、３０℃で５時間重合を行った。重合により生成した黒色粒子を大量の蒸留水中に投入し、これをろ過する操作を繰り返すことで精製を行なった。その後、大量のメタノールを用いて脱水し、乾燥させた。得られた高分子ゲルの粗粒子を、分級することで、乾燥時の平均粒径が１０μｍの黒色高分子ゲル粒子を得た。
この黒色高分子ゲル粒子の０．０１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液における吸水量は約１５０ｇ／ｇであった。また、この黒色高分子ゲル粒子はｐＨを変化させることにより可逆的に膨潤・収縮させることができ、ｐＨ３．０（収縮）からｐＨ１２（膨潤）の間で粒子径は約３倍、体積で約３０倍程度の変化を可逆的に起こす特性を示した。
【００９２】
前記黒色の高分子ゲル粒子の作製において、用いたＣＢを、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の顔料（大日本精化製）に各々代えて、同様な方法で、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の高分子着色ゲルを各々得た。得られた着色高分子ゲル粒子の物性は、前記黒色の高分子ゲル粒子とほぼ同一であった。
【００９３】
・刺激応答性高分子ゲル粒子の作製例２
以下の様にして、感熱応答性の高分子ゲル粒子（黒色、Ｒ、Ｇ、Ｂ）を作製した。
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド９．８ｇ、アクリル酸ナトリウム０．２ｇ、メチレンビスアクリルアミド０．０５ｇを蒸留水５０ｍｌに溶解し、これに１次粒径約０．１μｍの水分散ＣＢ溶液（固形分１５％、昭和キャボット社製、「Ｃａｂｏｊｅｔ３００」）２０ｍｌを添加し、さらに、この溶液を脱気、窒素置換した後、過硫酸アンモニウム０．１ｇを添加したモノマ水溶液を調製した。次に、ソルビトール系界面活性剤（第一工業製薬製：「ソルゲン５０」）２．０ｇをシクロヘキサン３００ｍｌに溶解した溶液をフラスコに加え、脱気、窒素置換し、これに、先に調製したモノマ水溶液を添加し、回転式攪拌羽根を用いて高速攪拌して乳化させた。
【００９４】
乳化後、反応系の温度を１０℃に調節し、溶液を攪拌しながらこれにテトラメチルエチレンジアミンの５０％水溶液を１ｍｌ添加し、重合を行なった。重合後、生成した黒色粒子を回収し、純水で洗浄して精製後、乾燥させた。粒子を分級することで平均粒径約１０μｍの黒色の高分子ゲル粒子を得た。
この粒子の２０℃における純水吸水量は約３８ｇ／ｇであった。このゲル粒子を水で膨潤させた後加熱すると、約３６℃に相転移点をもって収縮した。つまり、相転移点よりも高温側では収縮し、低温側では膨潤し、かつ変化は可逆的であった。また、膨潤・収縮によって粒径は約２．５倍、体積で約１６倍程度変化した。
【００９５】
前記黒色の高分子ゲル粒子の作製において、用いたＣＢを、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の顔料（「Ｃａｂｏｊｅｔ３００」と固形分を同一とし、分散剤として作製例１で使用した「エマルゲン９０９」を同様に使用）に各々代えて、同様な方法で、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の高分子着色ゲルを各々得た。得られた着Ｙ速高分子ゲル粒子の物性は、前記黒色の高分子ゲル粒子とほぼ同一であった。
【００９６】
・実施例１
前記作製例１で作製したｐＨ応答性着色高分子ゲル粒子を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色からなるカラーフィルタを、以下の様にして作製した。
透明導電性電極としてＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を形成したガラス基板（厚み１．５ｍｍ、５０ｍｍ×６０ｍｍ）を用いて、この電極をリソグラフィー法によりエッチングすることで、幅０．５ｍｍ、隣接する電極間の距離が０．１ｍｍのストライプ電極層を形成した。ストライプ電極層の長軸が基板の短軸方向および長軸方向となる２種類の基板ＡおよびＢを作製した（図２１）。次に、基板Ａの各ストライプ電極層上に、シランカップリング剤（３−Ｇｌｙｃｉｄｏｘｙｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液をマスキング法により塗布し、加熱反応させた後に洗浄して、電極層上に着色高分子ゲル粒子を固定するための結合剤層を形成した。
【００９７】
次に、作製例１で作製したＲ、Ｇ、Ｂの３色の高分子ゲル粒子と水とからなるペースト溶液を各々調製し、該溶液を基板Ａのストライプ電極層上にスクリーン印刷法により塗布し、加熱することによって反応性シランカップリング剤と高分子ゲル粒子を化学反応させて、各々の着色高分子ゲル粒子を所定の位置に固定化した。Ｒ、Ｇ、Ｂの繰り返し単位が順次配列する配置とした（図２２）。その後、基板を純水で洗浄することで電極上に結合していない余剰のゲル粒子を除去した。電極上を顕微鏡観察すると、着色高分子ゲル粒子が、各電極上にほぼ均一に配置されていた。
【００９８】
次に、基板Ｂの表面に１００μｍの樹脂スペーサを散布した後、一部の開口部を除き外周部に紫外線硬化樹脂を塗布し、前記の高分子ゲル粒子を固定化した基板Ａと張り合わせ、紫外線を照射して接着させた。なお、基板Ａと基板Ｂの表面上に形成されたストライプ電極が対向して直交するように張り合わせて、単純マトリックス駆動セルとした。次に、セル内部に高分子ゲルの膨潤液体として０．０１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を減圧封入法により注入後、開口部を封止し、カラーフィルターを作製した。ゲル粒子を固定化した基板Ａ側の電極層をアノードとし、５Ｖの直流電流を通電可能なように電源から各ストライプ電極末端に配線した。
【００９９】
Ｘ、Ｙ軸に相当する基板Ａ、Ｂの各ストライプ電極を選択することで、特定の画素に通電を行い、カラーフィルタの光透過率の変化を観測した。
通電前の試料は、全てのゲル粒子が膨潤状態にあるため、カラーフィルタに入射された光は画素部で吸収され、透過光量は約２５％で、透過光は白色であった。一方、すべての画素に通電を行うと電極表面のｐＨが低下しゲル粒子が収縮し、その結果、カラーフィルタの透過光量は約８０％に増大し、透過光は明るい白色になった。再び、通電を止めると、約３０ｍ秒程度で、もとの透過光量に戻った。さらに、Ｒ画素以外の画素に通電を行うと透過光は赤色に変化した。同様に特定の色の画素を選択して通電を行うことで透過光は種々の色に変化した。尚、顕微鏡観察から通電により着色光分子ゲル粒子は、その体積が約３０倍の範囲で可逆的に変化することが確認された。
以上示した様に、実施例１のカラーフィルタは、透過光の色相を種々変化させることができるとともに、透過光量を変化させることができ、明るい色表示が可能なカラーフィルタであることが確認できた。
【０１００】
・実施例２
実施例１と同様なプロセスでカラーフィルタを作製した。但し、カラーゲル粒子を固定化した基板Ａ’として、裏面に、表面（着色光分子を固定した面）のストライプ電極層と互いに直交する配置でストライプ電極層を形成したものを用いた。
実施例１で使用したストライプ電極層が形成された基板Ａと同様の基板を用い、その全ての電極層上に、作製例１で作製した黒色の高分子ゲル粒子を実施例１と同様な方法により固定化した。前記のカラーフィルタのセルと各画素が重なるように、黒色ゲル粒子を固定化した基板を、実施例１と同様な方法で１００μｍの樹脂スペーサを介して張り合わせ、液体として０．０１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を減圧封入法により注入後、開口部を封止し、カラー表示素子を作製した。尚、対向する面に形成されたストライプ電極層は、互いに直交するように基板を張り合わせた。
【０１０１】
得られたカラー表示素子は、通電前は、全てのゲル粒子が膨潤状態であるために、大半の入射光は吸収され、透過光量は約０．８％の黒表示であった。一方、調光層およびカラーフィルタのすべての画素に通電を行うと、高分子ゲル粒子が収縮して光が透過し、透過光量は約６５％になり、白表示となった。再び、通電を止めると瞬時にもとの黒表示に戻った。
次に、Ｒ画素の下層に位置する調光層の領域にのみ通電を行うと、透過光は赤色に変化した。同様にＧ、Ｂに対応する領域の調光層にのみ通電を行うことで、透過光を緑色、青色に各々変化させることができた。さらに、２色のカラー画素に対応する領域の調光層にのみ通電を行うことで、混合色を表示することができた。例えば、ＲおよびＧの２色に対応する領域の調光層のみを選択して通電することで黄色（Ｙ）の表示が実現できた。同様に、２色を選択することで、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各色を表示することが可能であった。
【０１０２】
さらに単色の輝度を種々調節することもできた。例えば、カラーフィルタ層のＲ画素以外の全ての画素に通電することで前記の赤よりも明るい赤を表示することができた。このようにカラーフィルタと調光層の各画素を様々に組み合わせて通電することにより、様々な色調の色を表示することができた。
また、このカラー表示素子の背景に、ＭｇＯからなる拡散反射板を配置すると、白表示の反射率が５０％以上の明るい反射型表示が可能であることが確認できた。一方、バックライトを配置するとより明るい、鮮明な表示が実現可能なことも確認できた。また、ほぼ１８０°に近い広い視野角で鮮明な画像を確認することが可能であった。
以上示した様に、実施例２のカラー表示素子は、視野角が広く、明るく、色調豊かな表示が実現可能であることが確認できた。
【０１０３】
・実施例３
前記作製例２で作製した熱応答性着色高分子ゲル粒子を用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色からなるカラーフィルタを、以下の様にして作製した。
基板として、ガラス基板上（厚み１．５ｍｍ、３０ｍｍ×３０ｍｍ）に透明発熱抵抗体として抵抗値を最適化したＩＴＯ層を形成し、これを実施例１と同様な方法でエッチング処理することで、幅１ｍｍ、隣接間の距離が０．２ｍｍとなるストライプ状の発熱抵抗体層を形成した。なお、該ストライプ状の発熱抵抗体層の両端に配線して、パルス状の電流を通電することで、発熱抵抗体層を所望の温度に加熱可能な構成にした。尚、実施例１と同様に、発熱抵抗体層を長軸方向に形成した基板Ａと、短軸方向に形成した基板Ｂとを作製した。
【０１０４】
前記発熱抵抗体層上に、実施例１と同様なプロセスで、作製例２で調製したＲ、Ｇ、Ｂ色の感熱応答性高分子ゲル粒子を各々固定した。尚、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色は実施例１と同様に規則正しく配置させた。さらに対向基板として同様なガラス基板を用い、実施例１と同様に張り合わせてセルを作製し、これに膨潤液体として純水を注入後、封止することでカラーフィルタを作製した。
【０１０５】
特定のストライプ状発熱抵抗体層を選択的に通電することで、特定の画素のみを発熱させて、光透過率の変化を観測した。
通電前の試料は、全ての着色高分子ゲル粒子が膨潤状態にあるため、入射光が吸収され、透過光量は約２５％で、透過光は白色であった。一方、すべての画素に通電を行うと、発熱抵抗体表面の温度が上昇してゲル粒子が収縮し、光が透過し、透過光量は約７５％に増大した。再び、通電を止めると約１００ｍ秒で、透過光量に戻った。さらに、Ｒ画素以外の画素に通電を行うと、透過光は赤色に変化した。同様に特定の色の画素を選択して通電を行うことで透過光は種々の色に変化した。尚、顕微鏡観察から通電により着色光分子ゲル粒子は、その体積が約１５倍の範囲で可逆的に変化することが確認された。
以上示した様に、実施例３のカラーフィルタは、透過光の色相を種々変化させることができるとともに、透過光量を変化させることができ、明るい色表示が可能なカラーフィルタであることが確認できた。
【０１０６】
・実施例４
実施例３と同様なプロセスでカラーフィルタを作製した。
実施例３で作製したものと同様のストライプ状の発熱抵抗体層を有する基板を用い、その全ての発熱抵抗体層上に作製例２で作製した感熱応答性黒色ゲル粒子を実施例１と同様な方法により固定した。
前記のカラーフィルタのセルと調光層のセルが重なるように、黒色ゲル粒子を固定化した基板を、実施例２および実施例３と同様な方法で１００μｍの樹脂スペーサを介して張り合わせ、液体として純水を注入後、開口部を封止し、カラー表示素子を作製した。
【０１０７】
通電前の試料は、全てのゲル粒子が膨潤状態であるために、大半の入射光は吸収されるため、透過光量は約０．８％で黒表示であった。一方、カラーフィルタおよび調光層のすべての画素に通電を行うと、高分子ゲル粒子が収縮して、光が透過し、透過光量は約６０％となり、白表示が実現できた。再び、通電を止めると瞬時にもとの黒表示に戻った。次に、Ｒ画素の下層に位置する領域の調光層にのみ通電を行うと透過光は赤色に変化した。同様にＧ、Ｂ画素に対応する特定の領域の調光層にのみ通電を行うことで透過光を緑色、青色に変化させることができた。さらに、２色のカラー画素に対応する特定の領域の調光層にのみ通電を行うことで、混合色を表示することができた。例えば、ＲおよびＧの２色に対応する領域の調光層を選択的に通電すると、黄色（Ｙ）の表示が実現できた。同様に、２色を選択することで、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各色を表示することが可能であった。
【０１０８】
さらに単色の輝度を種々調節することもできた。例えば、カラーフィルタのＲ画素以外の全ての画素を通電することで前記よりも明るい赤を表示することができた。このようにカラーフィルタと調光層の各画素を様々に組み合わせて通電することにより様々な色調を得ることができた。
また、このカラー表示素子試料に背景に、ＭｇＯからなる拡散反射板を配置すると白表示の反射率が５０％以上の明るい反射型表示が可能であることが確認できた。一方、バックライトを配置するとより明るい、鮮明な表示が実現可能なことも確認できた。また、ほぼ１８０°に近い広い視野角で鮮明な画像を確認することが可能であった。
以上示した様に、実施例４のカラー表示素子は、視野角が広く、明るく、色調豊かな表示が実現可能であることが確認できた。
【０１０９】
・実施例５
実施例１で作製したカラーフィルタと液晶からなる調光層を積層したカラー表示素子を作製した。
液晶調光層はＴＮ液晶を用い、以下に示す一般的プロセスで作製した。
実施例１と同様にして作製した２枚の、ストライプ電極層が形成された基板ＡおよびＢを用い、電極層上にポリイミドの配向膜を形成し、ラビング処理を行った、２枚の基板を１０μｍのスペーサーを介して、同様にして張り合わせて接着しセルを作製した。なお、各ラビング方向およびストライプ電極は直交するように配置した。これに、減圧注入法により、ＴＮ用液晶（メルク社製）を注入後、封止して液晶セルを作製した。この液晶セルの光路の前後に偏光子をクロスニコルに配置し、ノーマリーホワイトモードとした。これは、通電時に光を透過するモードである。
前記カラーフィルタと、前記ＴＮ液晶セルを各画素が重なるように積層し、カラー表示素子を作製した。
【０１１０】
カラーフィルタおよび液晶調光層の各電極を選択的に通電し、その光透過率の変化を観測した。
通電前の試料は、液晶調光層は光透過状態であるが、カラーフィルタの高分子ゲル粒子が膨潤状態にあるため、大半の入射光は吸収され、透過光量は約１０％であり、透過光は白色であった。一方、カラーフィルタの全ての画素に通電を行うと透過光量は約３０％に増大した（白表示）。再び、通電を止めると約３０ｍ秒でもとの透過光量に戻った。また、液晶調光層の全ての画素を通電すると、液晶調光層は光非透過状態になり、透過光量は０．１％以下となり、黒表示となった。次に、Ｒ画素の下層に位置する領域を除く全ての液晶調光層に通電を行うと、透過光は赤色に変化した。同様にＧ、Ｂに対応する領域以外の液晶調光層に通電を行うことで透過光を緑色、青色に各々変化させることができた。さらに、２色のカラー画素に対応する領域以外の液晶調光層に通電を行うことで、混合色を表示することができた。例えば、Ｂ画素に対応する領域の液晶調光層を選択的に通電することで、ＲおよびＧの混色である黄色（Ｙ）の表示が実現できた。同様に、２色を選択することで、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の各色を表示することが可能であった。
【０１１１】
さらに単色の輝度を種々調節することもできた。例えば、カラーフィルタのＲ画素を除く他の画素に通電することで、前記の赤表示よりも明るい赤を表示することができた。このように、カラーフィルタと液晶調光層の各画素を様々に組み合わせて通電することにより様々な色調を得ることができた。
また、このカラー表示素子試料に背景に、ＭｇＯからなる拡散反射板を配置すると白表示の反射率が２５％以上の明るい反射型表示が可能であることが確認できた。一方、バックライトを配置するとより明るい、鮮明な表示が実現可能なことも確認できた。
以上に示した様に、実施例５のカラー表示素子は、明るく、色調豊かな表示が実現可能であることが確認できた。
【０１１２】
・比較例
実施例５で作製したＴＮ液晶セルに、一般的なＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタを組み併せたカラー表示素子を作製し、その光学特性を評価した。
前記カラーフィルタとしては、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層を形成したストライプ電極基板を用いた。カラーフィルタ層は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各顔料を含有した樹脂を用いて、リソグラフィー法により基板上に各色の層をストライプ状（ストライプ電極に対応）に配置して、形成した。さらに、カラーフィルタ層上に保護層を形成後、ＩＴＯ電極層をスパッタリング法により形成し、これをストライプ状に加工した。
カラーフィルタ基板を用いる以外は、実施例５と同様にして液晶セルを作製した。
【０１１３】
通電前の試料の透過率は白表示ではあるが透過率は約８％と低かった。一方、全ての画素に通電を行うと、透過率は０．１％以下の黒表示となった。
また、実施例５と同様に特定の画素のみに通電を行うことで、種々の色を表示することが可能であった。しかしながら、いずれの色においても透過光量は非常に低く、強力なバックライトを配置しないと画像の認識が困難であった。また、実施例５のように、カラーフィルタ層の透過光を可変することができないために、明るさ（輝度）を調節することはできなかった。
以上示した様に、液晶調光層を用いた表示素子である実施例５の表示素子は、従来のカラーフィルタを用いた比較例の表示素子と比較して、明るさや色調の多様性の上で優れていることが確認された。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、光の利用効率が高いカラーフィルタ、および表示素子を提供することができる。また、本発明によれば、透過光の色調が変化し得るカラーフィルタを提供することができる。さらに、本発明によれば、明るい画像表示が可能である表示素子、表示方法、および表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のカラーフィルタの１実施形態の断面図である。
【図２】 本発明のカラーフィルタに用いられる刺激応答性着色高分子ゲルの状態変化の例を示した概念図である。
【図３】 本発明のカラーフィルタの他の実施形態の断面図である。
【図４】 本発明のカラーフィルタの他の実施形態の断面図である。
【図５】 本発明の表示素子の１実施形態の断面図である。
【図６】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図７】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図８】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図９】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１０】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１１】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１２】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１３】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１４】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１５】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１６】 本発明の表示素子の表示方法を説明するための概念図である。
【図１７】 本発明の表示素子の他の実施形態の断面図である。
【図１８】 本発明の表示素子の他の実施形態の断面図である。
【図１９】 本発明の表示素子の他の実施形態の断面図である。
【図２０】 カラーフィルタの平面図の一例である。
【図２１】 実施例に用いた基板の平面図である。
【図２２】 実施例で作製したカラーフィルタの平面図である。
【符号の説明】
１０ カラーフィルタ
１２ 刺激応答性着色高分子ゲル
１４ 着色領域
１６ 基板
１８ 基板
２０ 封止材
２２ 液体
２４ 刺激付与層
２６ 刺激付与層
３０ 光反射層
３２ バックライト層
４０ 調光層
４２ 刺激応答性高分子ゲル（黒色）
４４ 調光領域
４８ 刺激付与層
５０ 刺激付与層
１００ 表示素子

Claims (17)

1. 基板と、該基板上に配置され、相互に異なる有彩色を有し、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する第１及び第２の刺激応答性高分子ゲルと、該第１および第２の刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有するカラーフィルタ。
2. 第１の刺激応答性高分子ゲルを有する第１の着色領域と、第２の刺激応答性高分子ゲルを有する第２の着色領域とを有する請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 第１の着色領域および第２の着色領域において、第１および第２の刺激応答性高分子ゲルが各々基板表面に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のカラーフィルタ。
4. 第１および第２の刺激応答性高分子ゲルが、外部刺激を供与された際に、液体を吸収または放出して体積変化する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
5. Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、およびＢ（ブルー）の３原色の刺激応答性高分子ゲルを有する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
6. 第１および第２の刺激応答性着色高分子ゲルに刺激を付与する刺激付与手段を有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のカラーフィルタ。
7. 刺激付与手段が基板上に形成された区画化された刺激付与層から構成されている請求項６に記載のカラーフィルタ。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のカラーフィルタと、該カラーフィルタへの入射光を調光する調光素子とを有する表示素子。
9. 調光素子が、基板と、該基板上に少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する黒色の刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有する請求項８に記載の表示素子。
10. 黒色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与する刺激付与手段を有する請求項９に記載の表示素子。
11. 刺激付与手段が、調光素子の基板上に形成された区画化された刺激付与層から構成されている請求項１０に記載の表示素子。
12. 調光素子が、液晶調光素子である請求項８に記載の表示素子。
13. 調光素子へ光を照射する光照射手段を有する請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載の表示素子。
14. 調光素子へ光を反射する光反射手段を有する請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載の表示素子。
15. 基板と、
    該基板の一方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する有彩色の刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有する第１の層と、
    前記基板の他方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する黒色の刺激応答性高分子ゲルと、該黒色の刺激応答性高分子ゲルに接触する液体とを有する第２の層と、を有し、
    前記第１の層は、前記有彩色の刺激応答性高分子ゲルを区画化された領域に配置して形成された着色領域を有し、且つ、
    前記第２の層は、前記黒色の刺激応答性高分子ゲルを区画化された領域に配置して形成された調光領域を有する表示素子。
16. 請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の表示素子と、入力される画像情報に従ってカラーフィルタの光透過率を変化させる手段と、前記画像情報に従って調光素子の光透過率を変化させる手段とを有する表示装置。
17. 基板と、該基板の一方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する有彩色の刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲルに接する液体とを有する第１の層と、前記基板の他方の面側に配置された、少なくとも収縮状態で飽和吸収濃度以上の色材を有する黒色の刺激応答性高分子ゲルと、該黒色の刺激応答性高分子ゲルに接触する液体とを有する第２の層とを有する表示素子を用いる表示方法であって、
    前記黒色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与することによって第２の層の光透過率を変化させ、および／または、前記有彩色の刺激応答性高分子ゲルに刺激を付与することによって前記第１の層の光透過率を変化させ、表示色の色調を変化させる表示方法。

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