WO2005071479A1 - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明の目的は、界面動電現象を利用して、シンプルな構造で安定した表示動作を可能にすることである。下基板２と上基板３とで挟まれる二層多孔質膜４に多数の孔７を形成し、各孔７内に透光性液体８と微粒子９とを充填する。上部電極６と下部電極５との間に電圧を印加すると、電気泳動に基づく微粒子９移動が生じる。微粒子９の位置が上層透明多孔質膜４ａ側になると白色表示がなされ、微粒子９の位置が下層黒色多孔質膜４ｂ側になると黒色表示がなされる。下層の多孔質膜をＲＧＢ３原色などが周期的に繰返すようにしたり、透明な上基板３上にカラーフィルタを配置すれば、カラー表示を行うこともできる。微粒子９の代りに、気泡内添微粒子や気泡自体を用いることもできる。

Description

明 細 書

表示装置およびその製造方法

【技術分野】

本発明は、 薄板状の表示装置、 特に界面導電現象を利用する薄型の表示装置に 関する。

【背景技術】

従来から、 電気泳動 (electrophores is) や電気浸透 (el ectoroosmos i s) のよ つな界面動電現象 ( interfacial electrokinetic phenomena) をティスフレィに 応用することが提案されている。 電気泳動ディスプレイ （Electrophoret i c

Di splay) としては、 特公昭 5 0— 1 5 1 1 5号公報で、 絶縁性の分散液中に分 散させた微粒子の位置を電界制御し、 光学的反射特性を変化させて表示装置とす る基本的なコンセプトが最初に提案されている。 また、 特開昭 6 4— 8 6 1 1 6 号公報では、 電気泳動粒子を含む分散液を、 メッシュ状あるいは多孔質状の有孔 性スペ^ _サの多数の透孔内に封入する技術を従来技術として紹介し、 分散液をマ イク口カプセルに包含する手法を提案している。

これとは別に、 電気浸透をディスプレイに応用したもの （Electroosmotic Di splay) が特公昭 6 1— 3 4 6 4 8号公報に開示されている。 これには、 電気 浸透により多孔質体への液体含浸率を制御して、 表示素子としてのコントラスト を得る方法が提案されている。

特公昭 5 0 _ 1 5 1 1 5号公報に開示されている表示装置は、 分散液中の微粒 子の凝集や沈降に伴う特性劣化という寿命に関する本質的な課題を有する。 特開 昭 6 4— 8 6 1 1 6号公報に開示されている表示装置では、 微粒子の凝集や沈降 の課題は改良されるかもしれないけれども、 寿命■駆動電圧等には解決すべき課 題を残している。 特公昭 6 1 - 3 4 6 4 8号公報に開示されている電気浸透方式 は、 液体の蒸発、 コントラスト不足、 デバイス構造の複雑さ、 均一性等の点で解 決すべき課題を有し、 未だ実用化には至っていない。

【発明の開示】

本発明の目的は、 前述の電気泳動ディスプレイや電気浸透ディスプレイの課題 を解決し、 よりシンプルな構造で安定した動作が可能な界面動電現象利用の表示 装置を提供することである。

本発明は、 薄板状で、 厚み方向に貫通する複数の孔が分散して形成され、 該厚 み方向に、 少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化する多孔質 体と、

該多孔質体の各孔にそれぞれ充填され、 透光性を有する部分、 および該透光性 を有する部分とは光学的性質が異なる部分を有し、 該光学的性質が異なる部分は 電圧の印加で該厚み方向に位置を変えることが可能な液体と、

該液体が該孔に充填されている各孔を封止するように、 該多孔質体を該厚み方 向の両側から挟み込み、 少なくとも一方側が透光性を有する一組の基材と、 該一組の基材のうちの該一方側に設けられる透明電極と、

該一組の基材のうちの他方側に設けられ、 該透明電極との間で、 該孔内の液体 に対して電界印加が可能な対向電極とを含むことを特徴とする表示装置である。 本発明に従えば、 表示装置は、 多孔質体と、 液体と、 一組の基材と、 透明電極 と、 対向電極とを含む。 多孔質体は、 薄板状で、 厚み方向に貫通する複数の孔が 分散して形成され、 各孔には、 透光性を有する部分と、 その透光性を有する部分 とは光学的性質が異なる部分とを有し、 光学的性質が異なる部分は電圧の印加で 厚み方向に位置を変えることが可能な液体が充填される。 一組の基材は、 液体が 充填されている各孔を封止するように、 該多孔質体を該厚み方向の両側から挟み 込み、 少なくとも一方側が透光性を有する。 多孔質体は、 厚み方向に、 少なくと も透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化する。 一方側の基材に設けられ る透明電極と、 他方側の基材に設けられる対向電極との間に電圧を印加すると、 多孔質体の孔に充填されている液体は、 光学的性質が異なる部分の位置を厚み方 向に変化させる。 多孔質体は、 厚み方向に、 少なくとも透光性を有する部分を含 んで光学的性質が変化するので、 液体で光学的性質が異なる部分の位置が変化す ると、 孔の周囲の多孔質体の光学的性質と孔の中の液体の光学的性質との組合せ が変化し、 視覚的な変化をもたらして表示を行うことができる。 液体は一組の基 材で多孔質体が挟まれるというシンプルな構造で封止される各孔に分けて充填さ れているので、 小さな空間に閉じこめられて、 蒸発などによって失われることが なく、 酸化や吸湿なども防いで、 安定した表示動作を行わせることができる。 また本発明で、 前記液体で光学的性質が異なる部分は、 該液体を分散媒として 分散している微粒子であることを特徴とする。

本発明に従えば、 多孔質体の孔に充填される液体柱に分散している微粒子は、 固体であり、 固体と液体との界面で電気化学的相互作用が発生して表面が帯電す る。 微粒子の周囲の液体には、 電気二重層が形成され、 電界の印加によって電気 二重層内部に滑り面が生じ、 電気泳動によって微粒子が移動する。 微粒子が存在 する部分と存在しない部分とは光学的性質が異なるので、 電界による微粒子の移 動で表示を行うことができる。 液体と微粒子とを多孔質体内部に密閉した構造と するので、 非常に簡単な構造で微粒子と液体とを小さな空間に閉じこめることが でき、 微粒子の凝集という問題を回避することができる。

また本発明で、 前記微粒子は、 少なくとも 1個の気泡を内添する透光性材料で 構成されることを特徴とする。

本発明に従えば、 透光性材料中に少なくとも 1個の気泡を内添するので、 透光 性材料と気泡との界面での屈折率差により、 気泡を内添する微粒子が位置する付 近の多孔質体の光学的性質が透光性を有すれば入射した光を乱反射 ·乱屈折させ るので明るくなり、 透光性を有しなければ暗くなつて、 表示を行うことができる。 気泡は固体の透明材料中に内添されているので、 気泡を安定して維持することが できる。

また本発明で、 前記液体で光学的性質が異なる部分は、 該液体中に含まれる気 泡であることを特徴とする。

本発明に従えば、 透明電極と対向電極との間に電圧を印加して、 多孔質体の孔 内の流体に電気浸透流を発生させ、 気泡の位置を制御することができる。 液体と 気泡との界面で光が乱反射や乱屈折するので、 気泡が位置する付近の多孔質体の 光学的性質が透光性を有すれば明るくなり、 透光性を有しなければ暗くなつて、 表示を行うことができる。 気泡を含む液体と微粒子とを多孔質体内部に密閉した 構造とするので、 非常に簡単な構造で気泡と液体とを小さな空間に閉じこめるこ とができ、 液体の蒸発という問題を回避して長寿命化を図ることができる。 また本発明で、 前記多孔質体は、 前記厚み方向の少なくとも一部に着色部分を 有し、

前記微粒子または前記気泡の位置を、 該着色部分の位置に合うように電界制御 すると、 前記透光性を有する部分から入射する光を該着色部分で吸収させ、 その 反射光によって着色を表現することを特徴とする。

本発明に従えば、 多孔質体の着色部分に、 孔内の液体中の微粒子や気泡を位置 させるように電圧で制御すれば、 着色した光の反射を変えて、 着色表示を行うこ とができる。

また本発明で、 前記微粒子は白色微粒子であり、

該白色微粒子の位置を、 前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界 制御すると、 該透光性を有する部分から入射する光を該白色微粒子の表面で乱反 射させ、 その反射光によって白色を表現することを特徴とする。

本発明に従えば、 多孔質体の透光性を有する部分から孔内に入射する光は、 白 色微粒子の表面で乱反射される。 透光性を有する部分に白色微粒子が位置してい ない場合には乱反射は生じないので、 電圧印加で白色表示するか否かを制御し、 良好なコントラストを表現することができる。

また本発明は、 前記気泡を内添する透光性材料の微粒子、 または前記気泡の位 置を、 前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界制御すると、 該透光 性を有する部分から入射する光の光路を該気泡界面における該透光性材料、 また は該液体との屈折率差によって変化させ、 反射光によって白色を表現することを 特徴とする。

本発明に従えば、 多孔質体の透光性を有する部分から孔内に入射する光は、 気 泡の表面で、 気泡界面における屈折率差によって乱反射 ·乱屈折されて白色を表 示する。 透光性を有する部分に気泡または気泡を内添する微粒子が位置していな い場合には乱反射や乱屈折は生じないので、 電圧印加で白色表示するか否かを制 御し、 良好なコントラストを表現することができる。

また本発明で、 前記多孔質体の透光性を有する部分は、 前記液体の透光性を有 する部分、 または前記の気泡を内添する微粒子の透光性材料の屈折率と同等であ り、 該屈折率は 1 . 3以上であることを特徴とする。

本発明に従えば、 多孔体および液体の透光性を有する部分、 または気泡を内添 する微粒子の透光性材料の屈折率を同等とするので、 これらの界面での光の反射 や屈折を少なくすることができる。 これらの屈折率を 1 . 3以上とするので、 液 中の微粒子や気泡との界面での全反射を生じる入射角の範囲が広くなり、 表示の コントラストを向上させることができる。

また本発明で、 前記多孔質体は、 前記一方側の基材に接する透光層と、 他方側 の基材に接する着色層との二層からなることを特徴とする。

本発明に従えば、 透明な合成樹脂フィルムやガラス板と、 着色した合成樹脂フ イルムやガラス板とを接合した後、 多数の貫通孔を形成して多孔質体を製造する ことができる。

また本発明で、 前記多孔質体に形成される各孔は、 前記透光層の表面から前記 着色層の表面まで貫通する円筒形状を有することを特徴とする。

本発明に従えば、 孔を形成しない状態の透光層と着色層とを接合した後で、 ィ オンビームを照射して多数の微細孔をあけ、 さらに化学的エッチングを行う手法 などを用いて、 円筒形状を有する貫通微細孔を均一に形成することができる。 また本発明で、 前記円筒形状の平均径は、 1 0 O i m以下であることを特徴と する。

本発明に従えば、 多孔質体に形成される孔の円筒形状は、 平均径で 1 0 0 x m 以下となるので、 人間の視覚で 1画素と認識される領域に多数の孔を含ませるこ とができ、 多孔質形状に起因する画像の粒状感を防止することができる。

また本発明で、 前記多孔質体の着色層は、 周期的に繰返す少なくとも 3色の力 ラー着色パターンを有することを特徴とする。

本発明に従えば、 たとえば、 赤 R、 緑 G、 および青 Bの 3色による微細な表示 で、 カラー表示を行うことができる。

また本発明で、 前記多孔質体に形成する複数の孔の平均径は、 該多孔質体の厚 みよりも小さいことを特徴とする。 本 ¾明に従えば、 多孔質体に形成する孔の平均粒径を多孔質体の厚みよりも小 さくするので、 孔に充填する液体中の微粒子や気泡の大きさも多孔質体の厚みよ りも/ J、さくなり、 微粒子や気泡の位置を電圧で制御して、 多孔質体の厚み方向で の光 的性質の違いを表示に反映させることができる。

また本発明で、 前記多孔質体の各孔に充填される液体は、 前記微粒子または前 記気泡を複数個含むことを特徴とする。

本 S明に従えば、 多孔質体の各孔に充填される液体には、 複数個の微粒子また は気泡を含むので、 微粒子同士や気泡同士での反射や屈折で、 散乱反射光強度や 吸収量を増大させ、 多孔質体の厚み方向での光学的性質の違いをより明確に反映 させて、 良好なコントラスト画像を表現することができる。

ま こ本発明で、 前記多孔質体および前記一組の基材は、 有機化合物を含み、 前 IB透明電極および前記対向電極は導電性ポリマーを含み、

全 として可撓性を有することを特徴とする。

本 ¾明に従えば、 多孔質体、 その両側の基材、 透明電極および対向電極からな る表示装置は、 全体として可撓性を有するので、 フレキシブルで、 紙の書類のよ うに取扱うことができる。

また本発明で、 前記多孔質体の一方側で透光性を有する基材は、 カラーフィル タを備えることを特徴とする。

本 ¾明に従えば、 多孔質体の一方側に配置され、 透光性を有する基材にカラー フイノレタを備えるので、 多孔質体での光散乱をカラーフィルタの個々の色の位置 に合わせて制御し、 全体としてカラー画像の表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

本発明の目的、 特色、 および利点は、 下記の詳細な説明と図面とからより明確 になるであろう。

図 1 は、 本発明の実施の第 1形態である表示装置 1の部分的な厚み方向の断面 構成を示す模式図である。

図 2は、 図 1の二層多孔質膜 4に形成される孔 7内で、 透光性液体 8および微 粒子 9の駆動原理を示す模式図である。 図 3は、 図 1の表示装置 1で白色画像を表示するための電圧印加方法を示す模 式図である。

図 4は、 図 1の表示装置 1で黒色画像を表示するための電圧印加方法を示す模 式図である。

図 5は、 本発明の実施の第 2形態である表示装置 2 1でカラー表示を行う原理 的な構成を示す模式図である。

図 6は、 本発明の実施の第 3形態である表示装置 2 1でカラー表示を行う原理 的な構成を示す模式図である。

図 7は、 本発明の実施の各形態で、 電圧印加のためのマトリクス電極構成を示 す模式図である。

図 8は、 本発明の実施の第 1、 第 2または第 3形態の表示装置 1， 1 1， 2 1 で用いることができる気泡内添微粒子 2 9の 1つを拡大して、 気泡 3 2の表面に おける光の反射挙動を示す模式図である。

図 9は、 図 8の気泡 3 2に対する p偏光の入射角度とエネルギ反射率 R pおよ ぴエネルギ透過率 T pとの関係を示すグラフである。

図 1 0は、 図 8の気泡 3 2に対する s偏光の入射角度とエネルギ反射率 R sお よびエネルギ透過率 T sとの関係を示すグラフである。

図 1 1は、 本発明の実施の第 4形態である表示装置 4 1の部分的な厚み方向の 断面構成を示す模式図である。

図 1 2は、 図 1 1の二層多孔質膜 4に形成される孔 7内で、 透光性液体 8およ び気泡 4 2の駆動原理を示す模式図である。

図 1 3は、 図 1 2で、 電界強度と気泡移動速度との関係を示すグラフである。 図 1 4は、 図 1 1の表示装置 4 1で白色画像を表示するための電圧印加方法を 示す模式図である。

図 1 5は、 図 1 1の表示装置 4 1で黒色画像を表示するための電圧印加方法を 示す模式図である。

図 1 6は、 本発明の実施の第 5形態である表示装置 5 1でカラー表示を行う原 理的な構成を示す模式図である。

—Ί— 図 1 7は、 本発明の実施の第 6形態である表示装置 6 1でカラー表示を行う原 理的な構成を示す模式図である。

図 1 8は、 本発明の実施の第 4、 第 5または第 6形態の表示装置 4 1， 5 1， 6 1で用いる気泡 4 2の 1つを拡大して、 気泡 4 2の表面における光の反射挙動 を示す模式図である

【発明を実施するための最良の形態】

以下図面を参考にして本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図 1は、 本発明の実施の第 1形態である表示装置 1の一部についての厚み方向 の断面構造を模式的に示す。 本実施形態の表示装置 1は、 一組の基材である下基 板 2と上基板 3との間に、 多孔質体である二層多孔質膜 4が挟まれた構造となつ ている。 下基板 2および上基板 3の表面には、 対向電極である下部電極 5と透明 電極である上部電極 6がそれぞれ形成されており、 液晶表示装置のようなマトリ タス構造で、 画像を形成する画素毎に表示を制御することができる構成となって いる。 表示装置 1の上部が画像表示面となるため、 上基板 3はガラスや有機化合 物などによる透光性の材料であり形成され、 上部電極 6も I T O (Indium Tin Oxide ) に代表されるような透明電極である。

二層多孔質膜 4には、 微細な孔 7が両表面間を貫通するように多数形成されて いる。 孔 7は、 マトリクス構造で画像を表示する各画素の領域内に、 複数存在す るような密度で形成される。 各孔 7内には、 透光性液体 8および微粒子 9が封入 され、 上下基板 2 , 3に挟まれることで密閉構造となっている。

二層多孔質膜 4は、 上層透明多孔質膜 4 aと下層黒色多孔質膜 4 bとから構成 され、 その厚み方向に貫通する複数個の孔 7は互いに独立している。 これらの多 孔質膜の主材料は、 ガラスなどの無機材料、 もしくはポリカーボネート -ポリプ ロピレン .ポリアミ ド · ポリエチレンなどの有機材料が用いられる。

多孔質膜の主材料をガラスとする場合の一例として、 シラスポーラスガラス ( S P G ) と呼ばれる多孔質ガラスを用いることができる。 これは、 シラス石灰 やホウ酸を添加して、 1 3 5 0 °C前後の温度で S P Gの基礎ガラス （アルミノホ ゥケィ酸力ルシゥムガラス ) を合成 ·成形した後、 加熱することによりガラスの 微細組織に相分離という現象を生じさせ、 塩酸などで処理することで C a O · B ₂ 0 ₃を溶解することにより、 Α 1 ₂ 0 ₃ · S i 0 ₂系ガラスを骨格とするガラス 多孔体としたものである。 平均孔径は、 1 n mから 1 0 mまでであれば容易に 製造可能である。

多孔質膜の主材料を有機材料とする場合の一例として、 電子線照射法による高 分子多孔質膜がある。 これは、 高分子膜に電子線 （イオンビーム■荷電粒子） を 照射することによって、 ポリマー鎖が切断された軌跡を形成し、 溶剤による化学 的エッチング処理を行うことにより、 この軌跡を広げて微細孔を形成したもので ある。 この方法による孔質膜には、 非常に径の均一な円筒型貫通微細孔を形成す ることができることが特徴である。 例えば、 N u c 1 e p o r eという商品名で 知られるポリカーボネート多孔質膜膜は、 精密濾過の用途で普及しており、 公知 の製法の一般的な多孔質膜であり、 1 5 11 111から 1 2 μ ιηまでの平均孔径を有す るものが市販されている。

上層透明多孔質膜 4 aと下層黒色多孔質膜 4 bとからなる二層構造の二層多孔 質膜 4は、 例えば透明なポリカーボネートフィルムとカーボンブラックで着色さ れた黒色ポリカーボネートフィルムとを接合した後、 前述のようなイオンビーム 照射と化学的エッチングとを行う手法で、 円筒型貫通微細孔を均一に形成して作 製することができる。 この下層黒色多孔質膜 4 bは、 カーボンブラック以外の有 機顔料もしくは無機顔料または染料で着色することもできる。 複数の孔 7を含む 領域は画素 1 0を表示するように機能し、 微粒子 9の位置に応じて白色表示部 1 0 aと黒色表示部 1 0 bとして表示を行わせることができる。

ここで透光性液体 8中での微粒子 9の駆動原理となる電気泳動現象に関して説 明する。 固体と液体の界面では、 電気化学的相互作用が発生し、 固体表面が帯電 し、 界面近傍の液体に電気 2重層が形成される。 固体の帯電原理として代表的な ものに固体表面に存在する解離基の解離がある。 たとえば、 固体表面にアルキル 基 （R ) などに結合しているカルボキシル基 （一 C O O H) が存在する場合、 下 式のように解離する。 この R— C O O—が固体表面に残るため、 固体は負に帯電 する。 R— C O O H→R— C O O— + H +

この他にも、 固体が酸化物の場合のように、 水中の H +イオンもしくは O H— イオンの吸着による帯電とみなせるものもある。 このようにして固体表面が帯電 すると、 液体中の反対符号のイオンが静電気的に引きつけられ、 電気二重層が形 成される。 このような場に電界をかけると、 電気二重層内部に滑り面が生じ、 固 体と液体との間に相対的な移動が発生する。 液体が静止し固体が移動するのが電 気泳動で、 固体が静止し液体が移動するのが電気浸透である。

この電気二重層の厚さは、 デバイ · ヒュッケルの長さと呼ばれ、 近似式で計算 され、 液体中のイオン濃度の平方根に比例する関数となっている。 たとえば、 N a C 1のような 1価塩が 2 5 °〇の水中に 1 !11 0 1 Zm ³の濃度で溶けた電解質溶 液では、 電気二重層の厚さは約 1 0 n mとなる。 電気泳動を発生させるためには、 有効な電界を作用させることが必要で、 高抵抗の液体が使用される。

前述の電気泳動のメカニズムから、 透光性液体 8の材料は、 多孔質膜 4の材料 に対して電気二重層を発生する特性を有していなければならない。 また、 光制御 を行う表示装置 1に用いるため、 透光性の高い材料でなければならない。 これら の条件を満足する透光性液体 8としては、 純水や電解水のような水系の液体の他 に、 ベンゼン ·キシレン ·シク口へキサン ·モノシラン■シロキサン■ナフタレ ン系などの非水系液体材料が知られている。 また微粒子 9の分散性を良くするた めに、 必要に応じて界面活性剤などを添加する。

微粒子 9を白色微粒子とする場合は、 酸化チタンが最も代表的な材料である力 そのほかの有機顔料 ·無機顔料も使用可能である。 また、 微粒子 9の分散性向 上 - 白色度改善 '比重の調整などの目的で、 必要に応じて微粒子 9の表面処理 - 表面コーティングを行う。 たとえば、 酸化チタンを用いる場合、 前述のような材 料を使用する透光性液体 8より比重が重いため、 微粒子 9が重力方向に移動して 沈降してしまう。 電界をオフにする時の画像保持特性を向上させるためには、 微 粒子 9の比重と透光性液体 8の比重とを同程度にすればよく、 そのためには比重 の小さい軽量な樹脂でコーティングを行うようにすればよい。

微粒子 9を少なくとも 1個の気泡を内添する透光性材料で構成する場合、 この 透光性材料は有機材料でも無機材料でも使用可能であり、 既存のマイクロカプセ ル化技術で作製することができる。 気泡を内添する場合、 液体と比べて比重が軽 くなるため、 前述のような電界をオフにする時の画像保持特性を向上させるため に、 微粒子の比重と液体の比重を同程度にするという目的を満足するためには、 ガラスのような比重の大きい重い透光性無機材料を使用する方がやや有利である。 このような気泡内添ガラスの例としては、 住友スリーェム社からスコッチライト という商品名で市販されているものがある。 スコッチライ トの平均粒径は 3 0〜 7 0 /x mである。 このような有機 '無機のマイクロカプセルの透光性材料と気泡 との体積比を制御すれば比重の制御が可能であり、 透光性液体 8の比重と同程度 にすることができる。 また、 微粒子 9の分散性向上 ' 白色度改善 '比重の調整な どの目的で、 必要に応じて微粒子 9の表面処理 ·表面コーティングを行うように する。

二層多孔質膜 4を挟む上基板 3および下基板 2には、 有機化合物から成る樹脂 基板を用い、 透明な上部電極 6と下部電極 5とに導電性ポリマーを用いると、 表 示装置 1の全体として可撓性を有するようにすることができる。 上基板 3は透光 性が必要であるため、 P MMA、 ポリオレフイン、 ポリカーボネート、 ポリイミ ドなどの樹脂材料を使用することができる。 上部電極 6と下部電極 5とに関して は、 ポリアセチレン、 ポリジアセチレン、 ポリピロール、 ポリパラフエ二レン、 ペンタセン、 アントラセン、 などの導電性ポリマーを含む材料で構成することが できる。

二層多孔質膜 4の孔 7内に微粒子 9を含む透光性液体 8を充填させるためには、 たとえば下基板 2と二層多孔質膜 4とを接合して孔 7の一方を封止した後、 孔 7 内に微粒子 8を分散させた透光性液体 8を真空含浸させ、 さらに上基板 3で孔 7 の他方を封止すればよい。 孔径に近いような比較的大きい微粒子 9は、 透光性液 体 8 を充填する前に、 孔 7内に挿入しておけばよい。

図 2は、 本実施形態の表示装置 1で二層多孔質膜 4の 1つの孔 7を拡大して示 す。 以下、 図 2を用いて、 透光性液体 8および微粒子 9の駆動原理を説明する。 微粒子 9がガラスを材料として、 透光性液体 8が純水の場合、 ガラスを材料とす る微粒子 9の表面がマイナスに帯電した状態となる。 この状態で上部電極 6にマ ィナスの電圧、 下部電極 5にプラスの電圧を印加すると、 透光性液体 8中に発生 する上下方向の電界によりマイナスィオンリツチな微粒子 9群が下向きの推力を 受けて移動する。 これが電気泳動現象であり微粒子 9の位置を電界制御すること ができる。 図 2に示したものとは逆の電圧をかけると、 同様の原理で微粒子 9は 上向きに移動することができる。 結局、 上部電極 6と下部電極 5との間に印加す る電圧の極性を制御することにより、 電界の方向を制御し、 電気泳動の方向を制 御し、 微粒子 9を上下に駆動することができるのである。

図 3および図 4は、 本実施形態の表示装置 1での画像表示のための制御方法を 示す。 図 3は白色を表示している状態、 図 4は黒色を表示している状態を、 それ ぞれ示す。 図 3では、 微粒子 9がガラスで透光性液体 8が電解水の場合のように、 微粒子 9がマイナスに帯電する場合について示す。

図 3に示すように、 上部電極 6側にプラス電圧を印加すると、 マイナスに帯電 した微粒子 9が上に移動する。 この状態で、 透明な上基板 3から入射する光は、 透明な上部電極 6を通過し、 二層多孔質膜 4の透明部である上層透明多孔質膜 4 aを通過し、 微粒子 9の表面に達する。 微粒子 9の表面に達した光は、 微粒子 9 を構成するガラスの屈折率と透光性液体 8である電解水の屈折率との違いと、 微 粒子 9の表面が曲面であることとによって、 その進行方向を変える。 さらに微粒 子 9内部の気泡との界面に達した光は、 ガラスと空気という大きな屈折率の違い と微粒子 9表面が曲面であることとによって、 進行方向を大きく変化させる。 す なわち、 入射光は微粒子 9の表面および内部で乱反射され、 再び上層透明多孔質 膜 4 aの透明部を通過し透明な上部電極 6と上基板 3とを透過して反射光となる。 透明部のみを通過する乱反射の結果、 光損失の無い拡散反射光が得られ、 白く見 えることになる。

図 4に示すように、 上部電極側 6にマイナス電圧を印加すると、 マイナスに帯 電した微粒子 9が下に移動する。 この状態で透明な上基板 3から入射する光は、 透明な上部電極 6を通過し、 上層透明多孔質膜 4 aの透明部もしくは二層多孔質 膜 4の孔 7に充填された透光性液体 8の透明部を通過し、 下層黒色多孔質膜 4 b の黒色部を通過し、 光強度が減衰して微粒子 9の表面に達する。 微粒子 9の表面 に達した光は、 前述のように微粒子 9が曲面であることと屈折率の大きな変化と によって、 大きくその進行方向を変える。 すなわち、 入射光は微粒子 9の表面お よび内部で乱反射され、 再ぴ下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部を通過して光強度が 減衰する。 下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部において、 入射光と乱反射光 t pが吸 収されて光強度が充分に減衰するため、 上基板 3を透過する反射光強度は殆ど 0 となる。 下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部における乱反射の結果、 光は吸収され、 反射光が無くなって黒く見えることになる。

図 5は、 本発明の実施の第 2形態でカラー表示を行う表示装置 1 1の部分的な 断面構造を模式的に示す。 図 1の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付 し、 重複する説明を省略することがある。 本実施形態でも、 図 1と同様に下基板 2と上基板 3との間に二層多孔質膜 4が挟まれた構造となっている。 下基板 2と 上基板 3 との表面には、 下部電極 5と上部電極 6 t pがそれぞれ形成されており 液晶表示装置のようなマトリクス構造での画像の画素表示を制御することができ る構成となっている。 上基板 3のさらに上部には、 フルカラーを表示するための カラーフィルタ 1 2が形成される。 カラーフィルタ 1 2は、 少なくとも、 3原色 である赤 （R ) 、 緑 （G ) 、 青 ( B ) をそれぞれ表示する R表示部 1 2 a、 G表 示部 1 2 bおよび B表示部 1 2 cを含んでいる。

図 5に示す状態では、 R表示部 1 2 aと B表示部 1 2 cとに対応する下部電極 5にプラスの電圧が印加されているため、 マイナスに帯電した微粒子 9が下に移 動する。 微粒子 9が下方に位置するときは、 下層黒色多孔質膜 4 bで光が散乱 - 吸収されるため、 R表示部 1 2 aによる赤色と、 B表示部 1 2 cによる青色とは 発色せず黒色となる。 これに対し、 微粒子 9が上方にある G表示部 1 2 bでは、 上層透明多孔質膜 4 aの透明部にある微粒子 9表面で光が散乱するため、 緑色の 発色が得られる。

図 6は、 本発明の実施形態の第 3形態でカラー表示を行う表示装置 2 1の部分 的な断面構造を模式的に示す。 図 1の実施形態に対応する部分には同一の参照符 を付し、 重複する説明を省略することがある。 本実施形態でも、 図 1と同様に下 基板 2と上基板 3との間に二層多孔質膜 4が挟まれた構造となっている。 下基板 2と上基板 3との表面には、 下部電極 5と上部電極 6とがそれぞれ形成されてお り、 液晶表示装置のようなマトリクス構造画像の画素を制御することができる構 成となっている。 ここで二層多孔質膜 2 4は上層透明多孔質膜 2 4 aと下層着色 多孔質膜 2 4 b構成されている。 さらに下層着色多孔質膜 2 4 bは、 フルカラー を表示するための 3原色である赤 （R ) 、 緑 （G ) およぴ青 （B ) の少なくとも 3色の着色部として、 R表示部 2 4 b a、 G表示部 2 4 b bおよび B表示部 2 4 b cがそれぞれ形成されている。

図 6に示す状態では、 緑表示用の G表示部 2 4 b bに対応する下部電極 5にプ ラスの電圧が印加されているため、 マイナスに帯電した微粒子 9が下方に移動す る。 微粒子 9が下方に位置するときは、 G表示部 2 4 b bで光が散乱 .吸収され るため、 緑色の反射光となる。 これに対し、 微粒子 9が上層透明多孔質膜 2 4 a にある R表示部 2 4 b aと B表示部 2 4 b cとでは、 微粒子 9の表面で光が散乱 するため下層着色多孔質膜 2 4 bの R表示部 2 4 b aおよび B表示部 2 4 b cに 光が届力 ず、 白色の反射光色が得られる。 この構造では、 下層着色多孔質膜 2 4 bが図 5のカラーフィルタ 1 2の役割を果たすため、 カラーフィルタ不用の簡略 な構成にすることができる。

図 7は本発明の実施の各形態でのマトリックス電極構造を模式的に示す。 上基 板 3上の上部電極 6には上部電極制御線 6 aが縦方向に等ピッチで配列されてお り、 下基板 2上の下部電極 5には下部電極制御線 5 aが横方向に等ピッチで形成 され、 マ トリクス電極構造を形成している。 そして、 下部電極制御線 5 aおよび 上部電極制御線 6 aは、 表示する画像情報に応じて電圧を制御するための下部電 極制御 L S I 2 5および上部電極制御 L S 2 6にそれぞれ接続されている。 さら に、 下部電極制御 L S I 2 5および下部電極制御 L S I 2 6には、 それらを制御 する制御 L S I 2 7が接続されている。 このようなマトリックス電極構造で画像 表示を制御する手法は、 液晶表示装置等で実用化されている手法と同様である。 図 7において、 画像解像度を 2 0 0 d p i とすると、 上部電極制御線線 6 aと' 下部電極制御線線 5 aとの配列ピッチは 1 2 7 μ mとなる。 前述のシラスポーラ スガラス （S P G ) やポリカーボネート多孔質膜の標準的なものを用いると、 平 均孔径が約 1 0 μ ιη以下で 1画素内に複数個の孔が存在することになり、 良好な 画像を形成することができる。

図 8は、 本発明の実施の第 1、 第 2または第 3形態の表示装置 1， 1 1 , 2 1 で用いることができる気泡内添微粒子 2 9の 1つを拡大して示す。 図 8によって、 気泡表面における光の反射挙動を説明する。 入射光は基板に垂直で、 気泡内添微 粒子 2 9は球形とし、 透光性樹脂材料による透孔部 3 1内に気泡 3 2を含んでい る。 気泡 3 2の屈折率 η 2ぐ気泡内添微粒子 2 9の透光性部 3 1の屈折率 η 1 = 透光性液体 8の屈折率 η 3とする。 気泡界面への入射角を 0 1、 屈折角を 0 2と すると、 ρ偏光と s偏光とにおけるエネルギ反射率 R ρおよび R s、 エネルギ透 過率 Τ ρおよび T sは、 フレネルの反射■屈折の法則より下式となる。

【数 1】

„ tan²(6 1 - Θ 2)

R p =—— -J i-

' tan²(0 1 + 0 2)

丁 ― sin (2 . θ _1> sin (2 - Q 2) _

' sin² 0 1 + Θ 2> cos²(0 1 - 0 2)

屈折角 0 2は、 下記スネルの法則より算出される。 また屈折率 n lの大きい媒 質から屈折率 n 2が小さい媒質へ光が入射する場合、 下式で計算される入射角 Θ cより大きな角度で入射した光はすべて反射される全反射が生じる。 この式はス ネルの法則で屈折角 0 2 = 9 0 ° としたもので、 Θ cは一般に臨界角と呼ばれる ものである。 数 2】 sin θ 1 n 2

sin 0 2 n 1

n 2

sin Θ c

1 気泡 3 2の表面に入射する光は、 屈折率 n 1の固体から屈折率 n 2の気体へ進 み、 n l〉n 2である故、 上記全反射が生じ光が散乱される。 上記の式に基づき P偏光と s偏光とについてエネルギ透過率とエネルギ反射率を計算した結果をそ れぞれ図 9と図 1 0とに示す。 n l = l . 3で計算すると、 n 2 = 1とみなすこ とができるので、 臨界角は約 5 0度となり、 p偏光および偏光はともに 5 0度以 上の入射角でエネルギ反射率が 1 0◦%となっていることが図 9および図 1 0か ら判る。 全反射力 S発生する入射角が大きい領域は、 気泡 3 2の周辺部に相当する。 すなわち、 気泡 3 2の中心部近傍に向かって入射した光はほぼ透過するけれども、 気泡 3 2の周辺 Pに向かって入射した光はほぼ反射される特性を示すものである。 二層多孔質膜 4の屈折率 _n 4と透光性液体 8の屈折率 n 3と大きくが異なると、 この界面において上記の反射や屈折が生じるため光学特性を劣化させ、 画像コン トラストが低下する。 従って、 二層多孔質膜 4の屈折率 n 4と透光性液体 8の屈 折率 n 3とは、 ίまぼ等しくすることが必要である。 なお、 微粒子 2 9を構成する 透光性材料の屈折率、 すなわち透光部 3 1の屈折率 η 1と透光性液体 8の屈折率 η 3との関係で fま、 前述のようにほぼ等しくするよりも、 差を大きくすることに より、 微粒子 2 9の表面と透光性液体 8の界面に光が達したときに、 屈折率差に よる乱反射 ·乱屈折の効果がさらに大きくなり、 充分な光散乱を得ることができ、 白色を表現することができる。

次に気泡 3 2の上面におけるエネルギ反射率の合計を計算する。 気泡 3 2を半 径 rの円と仮定すると、 円の中心を座標原点とする円の方程式および座標 Xにお ける入射角 Θ inは下式で表される。 【数 3】 x²+ y²= r²

これらの式から、 エネルギ反射率 R pおよび R sは、 屈折率 n l、 屈折率 n 2、 気泡半径 r、 座標 xで表すことができ、 気泡 3 2の上面におけるエネルギ反射率 の合計 R p_{A 1} iおよび R s _{A 1} iは下記積分により算出される。

【数 4】

R s_A , ,= 2 -|²R s · d Θ 1= 2 -j^TR s · d x n 1 = 1. 3で計算すると、 R p _{A 1 I} = 0. 2 5 4、 R s _{A 1 1} = 0. 2 8 3と なる。 実際の入射光は偏光が無いため、 p偏光と s偏光との平均値 0. 2 6 8が 気泡 3 2の上面におけるエネルギ反射率の合計となる。

同様の計算を気泡 3 2の下面において行う。 気泡 3 2の表面に入射する光は、 屈折率 n 2の気体から屈折率 n 1の固体へ進み、 n l > n 2である故、 上記全反 射は生じない。 従ってエネルギ反射率の合計は非常に小さい値となる。 n l = l . 3で計算した結果は、 R p_{A 1 1} = 0. 0 2 8、 R s _{A 1}！ = 0. 0 6 6となる。 p 偏光と s偏光との平均値は 0. 0 4 7となり、 これが気泡 3 2の下面におけるェ ネルギ反射率の合計となる。

結局 1個の気泡 3 2におけるエネルギ反射率の合計は、 n l = l . 3で計算す ると下式の値となる。

0. 2 6 8 + ( 1— 0. 2 6 8 ) X 0. 04 7 = 0. 3 0 2

以上の計算は基板に垂直な入射光と仮定した計算であり、 実際の光源は散乱光 源であるが、 気泡 3 2が球形であることからエネルギ反射率の合計としては同様 の結果となる。 表示装置 1， 1 1， 2 1としては、 入射した光の 3 0%が散乱反 射光となり、 気泡 3 2が十分小さければ白く見えることを意味する。 図 1の表示装置 1のように、 二層多孔質膜 4の下層を黒色とし、 黒色表示させ たときの反射率を測定した結果は 3 %となり、 上記白色部反射率 3 0 %と比較し て、 コントラストは 1 ： 1 0となり良好な画質となる。 固体の屈折率が大きいほ ど、 臨界角は小さくなるため、 気泡 3 2の表面でのエネルギ反射率合計が大きく なることは上記説明から明らかである。 よって、 屈折率を 1 . 3以上とすると、 コントラス ト 1 ： 1 0以上の良好な画質が得られるものである。

気泡内添微粒子 2 9の大きさと微粒子の視認性について官能評価すると、 微粒 子の大きさが 2 0 0 /1 m以上になると気泡内添微粒子 2 9の周辺部が散乱反射で 白く見え、 気泡内添微粒子 2 9の中心部が透過して下地の黒が見え、 結果的に微 粒子が視認されて粒状感を感じる結果となった。 これに対し、 微粒子の大きさを Ι Ο Ο μ πι以下とすると、 上記気泡内添微粒子 2 9の視認性■粒状感はほとんど 無くなることが判った。 従って良好な表示画像を得るための二層多孔質膜 4， 2 4の孔径は 1 Ο Ο μ πι以下となる。

黑色を表現するためには、 気泡 3 2の上部で散乱反射された光が下層黒色多孔 質膜 4 bに入射し吸収される必要がある。 したがって気泡内添微粒子 2 9は、 下 層黒色多孔質膜 4 bのできるだけ下の方に位置することが必要である。 二層多孔 質膜 4などの多孔質体に形成される微細孔の平均的な穴径を、 多孔質体の膜厚よ り小さくし、 かつ微粒子の平均的な粒径を多孔質体の膜厚より小さくすることで、 微粒子の位置を下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部がある孔 7の下部に沈めることが でき、 下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部で充分な光吸収効果が得られ、 黒色度が増 し充分な画像コントラストを得ることができる。

微粒子 2 9中に気泡 3 2が複数個存在する場合や二層多孔質膜 4， 2 4の 1っ の円筒状微細孔 7に複数個の微粒子 9を封入する場合は、 上記反射■屈折の考え 方より、 1つの気泡 3 2もしくは微粒子 9を透過してしまった光を別の気泡 3 2 もしくは微粒子 9が乱反射することができるため、 トータルのエネルギ反射率を 増大させることができる。 すなわち多孔質膜の孔中に複数個の気泡を内添する微 粒子を封入したり、 微粒子自体を複数個封入することにより、 散乱反射光強度が 増大し、 エネルギ反射率合計は 1に近づき、 画像コントラス トはさらに良好とな る。

以上のように実施の第 1、 第 2および第 3形態の表示装置 1， 1 1， 2 1は、 透光性液体 8と微粒子 9， 2 9とを二層多孔質膜 4， 2 4内部に密閉した非常に 簡単な構造で、 微粒子 9， 2 9と透光性液体 8とを小さな空間に閉じこめること ができるため、 電気泳動の微粒子 9， 2 9の凝集という課題を回避し、 長寿命化 を図ることができる。

また、 微粒子 9表面における散乱反射現象と、 透光性部分と黒色部分とを有す る二層多孔質膜 4とを利用し、 微粒子 9の位置で白色と黒色を表現することによ り良好なコントラスト画像を表現することができる。

また、 二層多孔質膜 4， 2 4に形成される微細な孔 7の平均的な孔径を 1 0 0 / m以下とすることで、 近接して表示画像を見た場合でも多孔質形状に起因する 画像の粒状感を防止することができる。

また、 二層多孔質膜 4に形成される微細な孔 7の平均的な孔径を、 二層多孔質 膜 4の膜厚より小さく し、 かつ微粒子 9， 2 9の平均的な粒径を二層多孔質膜 4 の膜厚より小くすることで、 微粒子 9、 2 9の位置が下層黒色多孔質膜 4 bの黒 色咅のときに充分な光吸収効果が得られ、 黒色度が増し充分な画像コントラスト を得ることができる。

また、 二層多孔質膜 4 , 2 4に形成される 1つの円筒状の微細な孔 7に複数個 の微粒子を封入したり、 複数個の気泡 3 2を内添する微粒子 2 9を用いることで、 さらに白色度が増し、 充分な画像コントラストを得ることができる。

また、 二層多孔質膜 4， 2 4、 および上基板 3と下基板 2とを構成する材料は 有機化合物を含み、 上基板 3と下基板 2に配置される上部電極 6と下部電極 5と は導電性ポリマーを含み、 表示装置 1， 1 1， 2 1全体として可撓性を有する構 成とすることで、 フレキシプルでペーパーライクな表示装置を実現することがで きる。

また、 二層多孔質膜 4の透光性側に接する基板上に R ■ G · Bのカラーフィル タ 1 2を配置し、 二層多孔質膜 4での光散乱を制御することで、 R ■ G ■ Bの輝 度を制御し、 カラー表示可能な表示装置 1 1とすることができる。 さらに、 二層多孔質膜 2 4の下層着色多孔質膜 2 4 bである着色部側を、 少な くとも 3色の微細な周期的色領域構造とし、 二層多孔質膜 2 4での光散乱を制御 することで、 カラー表示可能な表示装置 2 1とすることができる。

図 1 1は、 本発明の実施の第 4形態である表示装置 4 1の一部についての厚み 方向の断面構造を模式的に示す。 本実施形態で、 図 1、 図 5または図 6に示す実 施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、 重複する説明を省略することが ある。 本実施形態の表示装置 4 1も、 下基板 2と上基板 3との間に二層多孔質膜 4が挟まれた構造となっている。 下基板 2と上基板 3との表面には、 下部電極 5 と上部電極 6とがそれぞれ形成されており、 マトリクス構造で画像の表示を行う 画素を制御することができる構成となっている。 表示装置 4 1は、 上部が画像表 示面となるため、 上基板 3はガラスや有機化合物などの透光性の材料であり、 上 部電極 6も I T Oに代表されるような透明電極である。

二層多孔質膜 4の孔 7には、 電気浸透流を発生させるための透光性液体 8およ び光学特性を制御するための気泡 4 2が封入され、 上下基板 3 , 2に挟まれるこ とで密閉構造となっている。 二層多孔質膜 4の構造や材料は、 実施の第 1形態と 同様である。

電気浸透を発生させるためには、 有効な電界を作用させることが必要で、 高抵 抗の液体が使用される。 実施の第 1形態で説明しているような電気二重層厚さは 数 n m〜数十 n mが一般的となるため、 1 μ m程度の微小な孔 7中の液体も容易 に移動させることができる。

このような電気浸透のメカニズムから、 透光性液体 8の材料は、 二層多孔質膜 4の材料に対して電気浸透流を発生することができる特性でなければならない。 また、 光制御を行う表示装置 4 1に用いるため、 透光性の高い材料でなければな らない。 これらの条件を満足する透光性液体 8として、 前述のように、 純水ゃ電 角水のような水系の液体の他に、 ベンゼン、 キシレン、 シク口へキサン、 モノシ ラン、 シロキサン、 ナフタレン系などの非水系液体材料が知られている。 これら の非水系液体材料では、 官能基としてハロゲンやアルキル基を有するものが特に 電気浸透性を発現するのに有効である。 二層多？し質膜 4を挟む上基板 3と下基板 2とに関し、 有機化合物から成る樹脂 基板を用い、 透明な上部電極 6と下部電極 5とに導電性ポリマーを用いると、 表 示装置 4 1全体として可撓性を有するようにすることができる。 上基板 3は透光 性が必要であるため、 P MMA (メタクリル樹脂） 、 ポリオレフイン、 ポリカー ボネート、 ポリイミ ドなどの樹脂材料が使用できる。 上部電極 6と下部電極 5 t pに関しては、 ポリアセチレン、 ポリジアセチレン、 ポリピロール、 ポリパラフ ェニレン、 ペンタセン、 アントラセン、 などの導電性ポリマーを含む材料で構成 することができる。

図 1 2は、 図 1 1の表示装置 4 1の二層多孔質膜 4に形成される 1つの孔 7を 拡大して承す。 図 1 2に従って、 本実施形態での透光性液体 8および気泡 4 2の 駆動原理を説明する。 二層多孔質膜 4がガラス材料で形成され、 透光性液体 8が 電解水の場合、 図 1 2のように孔 7の内周のガラス表面がマイナスに帯電し、 界 面の透光†生液体 8はプラスイオン濃度が高い状態となる。 このような電気二重層 の形成は、 気泡 4 2の有無に拘わらず、 ガラスと水との界面全域で均一である。 この状態で上部電極 6にマイナスの電圧、 下部電極 5にプラスの電圧を印加する と、 液体全体に対して発生する上下方向の電界により界面のプラスィオンリツチ な液体が上向きの推力を受けて移動する。 このとき電界から直接推力を受けるの は界面に存在する液体であるが、 粘性の影響で界面から遠い孔 7の中心部の液体 まで上向きの推力を受ける。 もし孔 7の両端が閉じていなければ、 孔 7の界面か ら中心部まで速度分布の無い上向きの流れが発生する。

ある抵抗体を想定して、 その抵抗体の体積抵抗率 pを一定とすると、 断面積 S、 長さ 1の円筒形状の抵抗値 Rは次式で表される。

R = p X 1 ÷ S

図 1 2の透光性液体 8の部分は、 体積抵抗率が一定の抵抗体とみなせるから、 この基本特生を適用することができる。 すると、 気泡 4 2の周辺部は断面積が小 さいから高抵抗となり、 気泡 4 2の無い部分では断面積が大きいから低抵抗とな る。 この液体部分は直列抵抗の等価回路とみなせるから、 気泡 4 2の周辺部は高 抵抗となる故、 電圧の分圧が大きくなり、 気泡 4 2の無い部分は低抵抗となる故、 電圧の分圧は小さくなる。 結局、 気泡 4 2の周辺部は電界 Eが大きくなり、 気泡 4 2の無い部分は電界 Eが小さくなる。 すると、 気泡 4 2の周辺の液体に発生す る推力が相対的に大きくなる。 このように気泡 4 2の周辺の液体に発生する推力 が大きいことと、 孔 7が閉じていることから、 透光性液体 8が気泡 4 2の上に回 り込み、 相対的に気泡 4 2が下に移動する。

図 1 2に示す方向とは逆の電圧をかけると、 同様の原理で透光性液体 8は下に、 気泡 4 2は上に移動することができる。 結局、 透明な上部電極 6および下部電極 5間に印加する電圧を制御することによって、 電界の方向を制御し、 電気浸透流 の方向を制御し、 気泡 4 2を上下方向に移動させることができるのである。

図 1 3は、 二層多孔質膜 4をガラスで、 透光性液体 8を純水として実験し、 孔 7の軸方向電界強度と気泡 4 2の移動速度との関係を測定した結果を示す。 孔 7 の軸方向、 すなわち二層多孔質膜 4の厚み方向についての電界強度の増加に比例 して、 気泡 4 2の移動速度が増加する特性が得られている。 たとえば、 厚さ 1 0 0 μ mの二層多孔質膜 4に 5 Vの電圧を印加する場合、 5 0 [ V /m m] の電界 強度となり、 気泡 4 2の移動については 4 . 1 [m m/ s ] の速度特性となるこ とが判る。 したがって膜厚 1 0 0 // mを移動する時間は 0 . 1 / 4 . 1 = 0 . 0 2 4 [ s e c ] となる。 この応答速度 2 4 m s e cは、 液晶表示装置の応答速度 と同等であり、 表示装置として十分な特性である。

図 1 4および図 1 5は、 本実施形態の表示装置 4 1での画像制御方法を示す。 図 1 4は白色を表示している状態を示し、 図 1 5は黒色を表示している状態を示 す。 二層多孔質膜 4がガラスで、 透光性液体 8が電解水の場合のように、 二層多 孔質膜 4がマイナスに帯電し、 界面の透光性液体 8がプラスになる材料の組合せ の場合を想定する。

図 1 4に示すように、 透明な上部電極 6側にプラス電圧を印加すると、 プラス に帯電した透光性液体 8が下に移動する電気浸透現象が生じ、 その結果、 相対的 に気泡 4 2が上に移動する。 この状態で透明な上基板 3から入射した光は、 透明 な上部電極 6を通過し、 上層透明多孔質膜 4 aの透明部を通過し、 気泡 4 2の表 面に達する。 気泡 4 2の表面に達した光は、 気泡 4 2の表面が曲面であることと 屈折率の大きな変化とによって大きくその進行方向を変える。 すなわち、 入射光 は気泡 4 2の表面で乱反射され、 再び上層透明多孔質膜 4 aの透明部を通過し、 透明な上部電極 6と上基板 3とを透過して反射光となる。 透明部のみを通過する 乱反射の結果、 光損失の無い拡散反射光が得られ、 白く見えるようになる。

図 1 5に示すように、 透明な上部電極 6側にマイナス電圧を印加すると、 プラ スに帯電した透光性液体 8が上に移動する電気浸透現象が生じ、 その結果、 相対 的に気泡 4 2が下に移動する。 この状態で透明な上基板 3から入射した光は、 透 明な上部電極 6を通過し、 上層透明多孔質膜 4 aの透明部もしくは二層多孔質膜 4の孔 7に充填された透光性液体 8の透明部を通過し、 下層黒色多孔質膜 4 bの 黒色部を通過し、 光強度を減衰させて気泡 4 2の表面に達する。 気泡 4 2の表面 に達した光ま、 気泡 4 2の表面が曲面であることと屈折率の大きな変化とによつ て大きくその進行方向を変える。 すなわち、 入射光は気泡 4 2の表面で乱反射さ れ、 再び下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部を通過して光強度が減衰する。 下層黒色 多孔質膜 4 bの黒色部において、 入射光と乱反射光が吸収されて光強度が充分減 衰されるため、 上基板 3を透過する反射光強度は殆ど 0となる。 下層黒色多孔質 膜 4 bの黒色部における乱反射の結果、 光は吸収され反射光が無くなり、 黒く見 えるようになる。

図 1 6は、 本発明の実施の第 5形態でカラー表示を行う表示装置 5 1の部分的 な断面構造を模式的に示す。 本実施形態は、 図 5に示す実施の第 2形態に類似し、 対応する部分には同一の参照符を付して重複する説明を省略する。 本実施形態で は、 図 5の微粒子 9の代りに気泡 4 2が電圧制御で位置を変え、 カラー表示を行 うことができる。

図 1 6は、 本発明の実施の第 6形態でカラー表示を行う表示装置 6 1の部分的 な断面構造を模式的に示す。 本実施形態は、 図 6に示す実施の第 3形態に類似し、 対応する部分には同一の参照符を付して重複する説明を省略する。 本実施形態で も、 図 6の微粒子 9の代りに気泡 4 2が電圧制御で位置を変え、 カラー表示を行 うことができる。

本発明の実施の第 4、 第 5およぴ第 6形態の表示装置 4 1， 5 1， 6 1でも、 下部電極 5および上部電極 6には、 図 7に示すようなマトリックス電極構造を用 いる。 また、 各孔 7に透光性液体 8と気泡 4 2とを入れる方法としては、 前述の ような真空充填で透光性液体 8を孔 7の全体に充填しないでおき、 大気などの気 体を空いている空間に導入してから、 孔 7を完全に封止すればよい。

図 1 8は、 本発明の実施の第 4、 第 5および第 6形態の表示装置 4 1， 5 1 ， 6 1で孔 7の 1つを拡大して示す。 気泡 4 2の表面における光の反射挙動は、 気 泡 4 2の屈折率 n 2 <透光性液体 8の屈折率 n 1 二多孔質材の屈折率 n 3とすれ ば、 図 8で気泡 3 2の屈折率 n 2と微粒子 2 9の透光部 3 1の屈折率 n 1とにつ いて説明した関係を、 気泡 4 2の屈折率 n 2と透光性液体 8の屈折率 n 1との関 係に、 同様に適用することができる。 また、 図 8では、 二層多孔質膜 4 ， 2 4の 屈折率 11 4と透光性液体 8の屈折率 n 3とをほぼ等しくすべきと説明している事 情と同様に、 二層多孔質膜 4， 2 4の屈折率 n 3と透光性液体 8の屈折率 n 1と をほぼ等しく しておくことが好ましい。

二層多孔質膜 4の下層を黒色とし、 黒色表示させたときの反射率を測定した結 果は 3 %となり、 前述のようにして得られる白色部での反射率は 3 0 %であるの で、 コントラストは 1 ： 1 0となり良好な画質となる。 透光性液体 8の屈折率が 大きいほど臨界角が小さくなるため、 気泡 4 2の表面でのエネルギ反射率の合計 が大きくなることは、 前述の説明から明らかである。 よって、 二層多孔質膜 4お よび透光性夜体 8の屈折率を 1 . 3以上とすると、 コントラスト 1 ： 1 0以上の 良好な画質が得られるものである。

気泡 4 2の大きさと気泡 4 2の視認性について官能評価すると、 気泡 4 2の大 きさが 2 0 0 // m以上になれば気泡 4 2 n周辺部が散乱反射で白く見え、 気泡 4 2の中心部が透過して下地の黒が見え、 結果的に気泡 4 2が視認されて粒状感を 感じる結果となった。 これに対し、 気泡 4 2の大きさを 1 0 0 μ m以下とすると、 前述のような気泡 4 2の視認性や粒状感はほとんど無くなることが判明している。 したがって良好な表示画像を得るための二層多孔質膜 4 , 2 4の孔径は 1 0 0 m以下となる。

黒色を表現するためには、 気泡 4 2の上部で散乱反射された光が下層黒色多孔 質膜 4 bに入射し吸収される必要がある。 したがって気泡 4 2は、 下層黒色多孔 質膜 4 bのできるだけ下の方に位置することが必要である。 二層多孔質膜 4に形 成される微細な孔 7の平均的な孔径を、 二層多孔質膜 4の膜厚より小さくするこ とで、 気泡 4 2の位置が下層黒色多孔質膜 4 bの黒色部にあるときに充分な光吸 収効果が得られ、 黒色度が増し充分な画像コントラストを得ることができる。 二層多孔質膜 4の孔 7中に気泡 4 2が複数個存在する場合で、 特に気泡 4 2が 縦に 2個の場合の光学特性について説明する。 透光性液体 8の屈折率が 1. 3の 場合、 上部の気泡 4 2の上面でのエネルギ反射率合計は 0. 2 6 8であり、 上部 の気泡 4 2の下面でのエネルギ反射率合計は （1— 0. 2 6 8) X 0. 0 4 7 = 0. 0 34である。 したがって上部の気泡 4 2で全体のエネルギ反射率合計は、 両者の合計で 0. 3 0 2となることは先に説明している。

同様に下部の気泡 4 2のエネルギ反射率を計算すると、 下部の気泡 4 2の上面 でのエネルギ反射率合計は （ 1— 0. 3 0 2) X 0. 2 6 8 = 0. 1 8 7であり、 下部の気泡 4 2の下面でのエネルギ反射率合計は （ 1一 0. 3 0 2— 0. 1 8 7) X 0. 0 4 7 = 0. 0 2 4である。 したがって下部の気泡 4 2の全体のエネ ルギ反射率合計は、 両者の合計であって、 0. 2 1 1となる。

結局、 気泡 4 2が縦に 2個並ぶ場合のエネルギ反射率合計は、 0. 3 0 2 + 0. 2 1 1 = 0. 5 1 3となる。 二層多孔質膜 4の孔 7中に気泡 4 2を複数個導入す ることにより、 散乱反射光強度が増大し、 画像コントラストが良くなる効果が得 られるものである。 二層多孔質膜 4の孔 7中の気泡 4 2がさらに多い場合、 同様 の計算を繰り返すとエネルギ反射率合計は 1に近づき、 画像コントラストはさら に良好となる。

以上のように実施の第 4、 第 5および第 6形態の表示装置 4 1， 5 1， 6 1は、 液体駆動に電気浸透現象を用いるため、 凝集の問題がある電気泳動の微粒子を使 用しないようにして、 凝集の課題を解決することができる。 また孔 7を密閉構造 とすることで、 透光性液体 8が蒸発しないようにする課題を解決し、 長寿命化す ることができる。

また、 二層多孔質膜 4内部の気泡 4 2の界面における散乱反射を利用し、 気泡 4 2の位置に応じて白色と黒色とを表現することができ、 良好なコントラスト画 像を表現することができる。

また、 二層多孔質膜 4、 2 4に形成される微細な孔 7の平均的な孔径を 1 0 0 m以下とすることで、 近接して表示画像を見た場合でも、 多孔質形状に起因し て画像に粒状感が生じるのを防止することができる。

また、 二層多孔質膜 4， 2 4に形成される微細な孔 7の平均的な孔径を、 二層 多孔質膜 4， 2 4の膜厚より小さくすることで、 気泡 4 2の位置が下層黒色多孔 質膜 4 bの黒色部にあるときに充分な光吸収効果が得られ、 黒色度が増し充分な 画像コントラストを得ることができる。

また、 1つの円筒状の微細な孔 7に複数個の気泡 4 2を封入することで、 さら に白色度が増し、 充分な画像コントラストを得ることができる。

また、 二層多孔質膜 4， 2 4、 上基板 3と下基板 2とを構成する材料は有機化 合物を含み、 上基板 3および下基板 2にそれぞれ配置される上部電極 6および下 部 5は導電性ポリマーを含み、 表示装置 4 1， 5 1， 6 1全体として可撓性を有 する構成とすることで、 フレキシブルでペーパーライクな表示装置を実現するこ とができる。

また、 二層多孔質膜体 4の透光性側に接する上基板 3上に R · G · Bのカラー フィルタ 1 2を配置し、 二層多孔質膜 4での光散乱を制御することで、 R . G ■ Bの輝度を制御し、 カラー表示を行う表示装置 5 1とすることができる。

さらに、 二層多孔質膜 2 4の下層着色多孔質膜 2 4 bである着色部側を、 少な くとも 3色の微細な周期的色領域構造とし、 二層多孔質膜 2 4での光散乱を行わ せる位置を制御することで、 カラー表示を行う表示装置 6 1とすることができる。 なお、 実施の第 1〜第 6形態では、 多孔質体として二層多孔質膜 4， 2 4を用 い、 厚み方向で 2種類の異なる光学的性質を有する部分に分けるようにしている けれども、 3種類以上に分けたり、 透光性が連続的に変化するものを用いること もできる。 また、 透光性?夜体 8で光学的性質が異なる部分は、 微粒子 9， 2 9や 気泡 4 2で形成するばかりではなく、 混ざり合わない液体同士の界面で形成する こともできる。 本発明は、 その精神または主要な特徴から逸脱することなく、 他のいろいろな 形態で実施できる。 したがって、 前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過 ぎず、 本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、 明細書本文には何ら 拘束されない。 さらに、 特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲 內のものである。

【産業上の利用可能性】

以上のように本発明によれば、 多孔質体は、 厚み方向に、 少なくとも透光性を 有する部分を含んで光学的性質が変化するので、 液体で光学的性質が異なる部分 の位置が変化すると、 孔の周囲の多孔質体の光学的性質と孔の中の液体の光学的 性質との組合せが変化し、 視覚的な変化をもたらして表示を行うことができる。 液体は一組の基材で多孔質体が挟まれるというシンプルな構造で封止される各孔 に分けて充填されているので、 小さな空間に閉じこめられて、 蒸発などによって 失われることがなく、 酸化や吸湿なども防いで、 安定した表示動作を行わせ、 長 寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、 液体と微粒子とを多孔質体内部に密閉した構造とするの で、 微粒子と液体とを小さな空間に閉じこめることができ、 電気泳動を行う微粒 子の凝集という問題を回避して長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、 微粒子の透光性材料中に気泡を内添するので、 気泡が消 えることはなく、 透光性材料と気泡との界面での屈折率差に基づく表示を、 安定 して行うことができる。

また本発明によれば、 透明電極と対向電極との間に電圧を印加して、 多孔質体 の孔内の流体に電気浸透流を発生させ、 気泡の位置を制御し、 液体と気泡との界 面で光を乱反射や乱屈折させ、 気泡が位置する付近の多孔質体の光学的性質の違 いを反映させて、 表示を行うことができる。 非常に簡単な構造で気泡と液体とを 小さな空間に閉じこめることができ、 液体の蒸発という問題を回避して長寿命化 を図ることができる。

また本発明によれば、 多孔質体の着色部分に、 孔内の液体中の微粒子や気泡を 位置させて、 着色表示を行うことができる。 また本発明によれば、 白色微粒子の位置を電圧印加で制御し、 良好なコントラ ストを表現することができる。

また本発明によれば、 気泡または気泡を内添する微粒子の位置を電圧印加で制 御し、 良好なコントラストを表現することができる。

また本発明によれば、 多孔 および液体の透光性を有する部分、 または気泡を 内添する微粒子の透光性材料の屈折率を同等として界面での光の反射や屈折を少 なくすることができ、 屈折率を 1 . 3以上とするので、 界面での全反射を生じる 入射角の範囲が広くなり、 表示のコントラストを向上させることができる。

また本発明によれば、 透光層と着色層とを接合した後、 多数の貫通孔を形成し て多孔質体を製造することができる。

また本発明によれば、 イオンビーム照射や化学的エッチングで、 円筒形状を有 する貫通微細孔を均一に形成することができる。

また本発明によれば、 多孔霣体には、 人間の視覚で 1画素と認識される領域に 多数の孔を形成し、 多孔質形状に起因する画像の粒状感を防止することができる。 また本発明によれば、 R ' G · B 3色などによる微細な表示で、 カラーの画像 表示を行うことができる。

また本発明によれば、 多孔質体の孔に充填する液体中の微粒子や気泡の大きさ も多孔質体の厚みよりも小さく して、 微粒子や気泡の位置を電圧で制御するので、 多孔質体の厚み方向での光学的 生質の違いを表示に反映させることができる。 また本発明によれば、 多孔質体の各孔に充填される液体に複数個の微粒子また は気泡を含むので、 多孔質体の厚み方向での光学的性質の違いをより明確に反映 させて、 良好なコントラスト画像を表現することができる。

また本発明によれば、 表示装置は、 全体として可撓性を有するので、 フレキシ プルで、 紙の書類のように取扱うことができる。

また本発明によれば、 多孔質体での光散乱をカラーフィルタの個々の色の位置 に合わせて制御し、 全体としてカラー画像の表示を行うことができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 薄板状で、 厚み方向に貫通する複数の孔が分散して形成され、 該厚み方向 に、 少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化する多孔質体と、 該多孔質体の各孔にそれぞれ充填され、 透光性を有する部分、 およぴ該透光性 を有する部分とは光学的 1·生質が異なる部分を有し、 該光学的性質が異なる部分は 電圧の印加で該厚み方向に位置を変えることが可能な液体と、

該液体が該孔に充填されている各孔を封止するように、 該多孔質体を該厚み方 向の両側から挟み込み、 少なくとも一方側が透光性を有する一組の基材と、 該一組の基材のうちの該一方側に設けられる透明電極と、

該一組の基材のうちの他方側に設けられ、 該透明電極との間で、 該孔内の液体 に対して電界印加が可能な対向電極とを含むことを特徴とする表示装置。

2 . 前記液体で光学的性質が異なる部分は、 該液体を分散媒として分散してい る微粒子であることを特徴とする請求項 1記載の表示装置。

3 . 前記微粒子は、 少なくとも 1個の気泡を内添する透光性材料で構成される ことを特徴とする請求項 2記載の表示装置。

4 . 前記液体で光学的性質が異なる部分は、 該液体中に含まれる気泡であるこ とを特徴とする請求項 1記載の表示装置。

5 . 前記多孔質体は、 前記厚み方向の少なくとも一部に着色部分を有し、 前記微粒子または前記気泡の位置を、 該着色部分の位置に合うように電界制御 すると、 前記透光性を有する部分から入射する光を該着色部分で吸収させ、 その 反射光によって着色を表現することを特徴とする請求項 2〜 4のいずれかに記載 の表示装置。

6 . 前記微粒子は白色微粒子であり、

該白色微粒子の位置を、 前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界 制御すると、 該透光性を有する部分から入射する光を該白色微粒子の表面で乱反 射させ、 その反射光によって白色を表現することを特徴とする請求項 2記載の表 示装置。

7 . 前記気泡を内添する透光性材料の微粒子の位置を、 前記多孔質体の透光性 を有する部分に合うように電界制御すると、 該透光性を有する部分から入射する 光の光路を該気泡界面における該透光性材料との屈折率差によって変化させ、 反 射光によって白色を表現することを特徴とする請求項 3記載の表示装置。

8. 前記気泡の位置を、 前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界 制御すると、 該透光性を有する部分から入射する光の光路を該気泡界面における 該液体との屈折率差によって変化させ、 反射光によつて白色を表現することを特 徴とする請求項 4記載の表示装置。

9. 前記多孔質体の透孔性を有する部分は、 前記液体の透光性を有する部分の 屈折率と同等であり、 該屈折率は 1. 3以上であることを特徴とする請求項 1ま たは 4記載の表示装置。

1 0. 前記多孔質体の透孔性を有する部分は、 前記の気泡を内添する微粒子の 透光性材料の屈折率と同等であり、 該屈折率は 1. 3以上であることを特徴とす る請求項 3記載の表示装置。

1 1. 前記多孔質体は、 前記一方側の基材に接する透光層と、 他方側の基材に 接する着色層との二層からなることを特徴とする請求項 1〜 4のいずれかに記載 の表示装置。

1 2. 前記多孔質体に形成される各孔は、 前記透光層の表面から前記着色層の 表面まで貫通する円筒形状を有することを特徴とする請求項 1 1記載の表示装置。

1 3. 前記円筒形状の平均径は、 1 00 μιη以下であることを特徴とする請求 項 1 2記載の表示装置。

14. 前記多孔質体の着色層は、 周期的に繰返す少なくとも 3色のカラー着色 パターンを有することを特^¾とする請求項 1 1記載の表示装置。

1 5. 前記多孔質体に形成する複数の孔の平均径は、 該多孔質体の厚みよりも 小さいことを特徴とする請求項 1〜 4のいずれかに記載の表示装置。

1 6. 前記多孔質体の各孔に充填される液体は、 前記微粒子または前記気泡を 複数個含むことを特徴とする請求項 2〜 4のいずれかに記載の表示装置。

1 7. 前記多孔質体および前記一組の基材は、 有機化合物を含み、

前記透明電極および前記対向電極は導電性ポリマーを含み、

全体として可撓性を有することを特徴とする請求項 1記載の表示装置。

1 8. 前記多孔質体の一方側で透光性を有する基材は、 カラーフィルタを備え ることを特徴とする請求項 1記載の表示装置。