JP2007079395A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＲ流体を使用した表示装置の応答性と書き込み耐久性とを向上させる。
【解決手段】 エレクトロレオロジー流体を含む各表示セルに、生じる電界の向きが表示面Ｄと交差するように配置された第１電極１１ａ，１１ｂと、該第１電極１１ａ，１１ｂとは生じる電界の向きが異なる第２電極１２ａ，１２ｂとを設け、電圧を印加する電極をこれらの電極の間で切り換えられるようにする。その結果、表示セルの光透過性を直ちに切り換えることができるようになり、表示装置の応答性と書き込み耐久性が向上する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのデイスプレイや、パソコンなどから情報を取得して独立して運搬できる表示体（例えば電子ペーパーや電子書籍など）などに好適に使用される表示装置に関する。

電界のオン−オフに応答してレオロジー的性質が変化する流体をエレクトロレオロジー流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ，以下ＥＲ流体という。）という。典型的なＥＲ流体は、絶縁性の固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液であり、電界印加により瞬時に固化し、電界を取り去ると可逆的に流動するという性質を有する。これは、電界印加により粒子が分極し、電界方向に粒子のブリッジを複数形成し、このブリッジ間の引力が流体の粘性を増大させるためと言われている。ブリッジ構造が形成される機構は十分解明されていないが、水の存在により粒子表面のイオン解離基が解離して電気二重層を形成し、この電気二重層が電界により歪み、粒子同士が静電気的に引き合うという電気二重層説が提案されている。このような性質を持つＥＲ流体は、その特性を利用して、クラッチ、バルブ、ダンパー、アクチュエーター、ロボット制御、振動制御への応用が研究されている。

一方、ＥＲ流体を用いた表示装置も提案されている。例えば非特許文献１には、調光素子として、１組の電極間にＥＲ流体を挟み、無電界時のＥＲ流体の光透過性と、電界印加時のＥＲ流体の光透過性の差を利用することで調光するものが報告されている。同様の作用を利用したものとして、例えば特許文献１には、マイクロカプセル化されたＥＲ流体を１組の電極で挟み込んだ表示材料シートが開示されている。このような表示装置においては、電極に電圧を印加して電界を生じさせ、固体粒子にブリッジを形成させることで書き込み状態とし、電界を取り去り、固体粒子を分散させることで消去状態としている。
ジャーナル・オブ・コロイド・アンド・インターフェース・サイエンス（Journal of colloid and Interface Science）、１９９６年、第１７７号、ｐ２５０−２５６ 特開２００４−５４１６５号公報（図３）

しかしながら、ＥＲ流体を１組の電極で挟んだ形態の表示装置では、画像を消去する際の固体粒子の分散は固体粒子のブラウン運動によるものであるため、電界を取り去ってから固体粒子が分散するまでにはある程度の時間を要する。よって、書き込み状態から消去状態への切り換えに時間がかかる、すなわち応答性が良好でないという問題があった。
また、電界を生じさせて一旦固体粒子がブリッジを形成してしまうと、その後、電界を取り去っても、固体粒子の一部はブリッジの状態で残ってしまい、固体粒子は完全には分散しない。そのため、繰り返し画像を書き込むことが困難であり、書き込み耐久性に劣るという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ＥＲ流体を使用していながら、応答性が良好で、書き込み耐久性に優れた表示装置を提供することを課題とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、１つの表示セルに対して、生じる電界の方向が異なる電極を少なくとも２組配置し、電圧を印加する電極を切り換えて電界の向きを変化させることで画像の書き込みや消去を行うと、応答性が良好となり、また、書き込み耐久性も向上することに想到して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の表示装置は、エレクトロレオロジー流体を含む表示セルが１つ以上形成された表示装置であって、各表示セルには、生じる電界の向きが表示面と交差するように配置された第１電極と、該第１電極とは生じる電界の向きが異なる第２電極とが設けられていることを特徴とする。
前記第１電極は、生じる電界の向きが前記表示面と略直交するように配置されているとともに、前記第２電極は、生じる電界の向きが前記表示面と略平行となるように配置されていることが好適である。
前記第１電極は、前記表示セル内で電界が部分的に生じるように設けられていることが好適である。

本発明によれば、ＥＲ流体を使用していながら応答性が良好で、書き込み耐久性に優れた表示装置を提供できる。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本実施形態例の表示装置に形成された１つの表示セル（画素）を示すものであって、この表示セルは、多数の絶縁性の固体粒子１３ａが透明な絶縁性液体１３ｂ中に分散したＥＲ流体１３が、図中上下方向に対向配置された１組の第１電極１１ａ，１１ｂと、図中左右方向に対向配置された１組の第２電極１２ａ，１２ｂとで囲まれて、形成されたものである。本実施形態例の表示装置は、このような表示セルが一面上に複数並設されることで構成される。

各第１電極１１ａ，１１ｂは、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などの透明性のある導電材料からなり、それぞれガラスなどからなる透明基板１５ａ，１５ｂの片面全面に蒸着で膜状に設けられ、互いに略平行に配置されている。また、各第２電極１２ａ，１２ｂは、導電材料からなる板状のものであって、互いに略平行で、かつ、第１電極１１ａ，１１ｂとは略直交するように配置されている。また、この例の表示装置は、図中上側の第１電極１１ａの外表面が表示面Ｄとされた反射型のものであるため、図中下側の第１電極１１ｂの外表面側には、塗装などにより着色層１７が形成されている。

このような表示セルは次のようにして作成できる。図２に示すように、まず、矩形の切り抜き部１６ａが形成され、この切り抜き部１６ａの一対の内側面に板状の第２電極１２ａ，１２ｂが設けられた板状のスペーサ１６を用意する。ついで、このスペーサ１６の一方の面側に、第１電極１１ａが形成された透明基板１５ａを配置し、他方の面側に、第１電極１１ｂと着色層１７が順次形成された透明基板１５ｂを配置する。そして、これらを互いに接合して一体化するとともに、切り抜き部１６ａ内にＥＲ流体１３を注入する。

このような表示セルに対して、画像の書き込みと消去とを行う場合には、まず、図３（ａ）に示すように、第１電極１１ａ，１１ｂに対して電圧印加手段１８により電圧を印加して、図中上下方向、すなわち、表示面Ｄと略直交する向きの電界を生じさせる。すると、ＥＲ流体１３中の各固体粒子１３ａが分極し、生じた電界の向きに沿うブリッジを直ちに形成する。よって、表示面Ｄ側から入射する光のうち、一部はブリッジ状の固体粒子１３ａにより反射されるが、それ以外の大部分は、ブリッジの間の透明な絶縁性液体１３ｂを透過し、着色層１７に到達する（高透過状態）。その結果、表示面Ｄ側から図中矢印方向に視認すると、この表示セルは着色層１７の色に見えることとなる。

一方、図３（ｂ）に示すように、第１電極１１ａ，１１ｂには電圧を印加せず、第２電極１２ａ，１２ｂにのみ電圧印加手段１９により電圧を印加して、図中左右方向、すなわち、表示面Ｄと略平行な電界を生じさせると、ＥＲ流体１３中の各固体粒子１３ａは、この電界の向きに沿うブリッジを直ちに形成するため、表示面Ｄ側から入射する光の大部分は、固体粒子１３ａに反射される（低透過状態）。その結果、表示面Ｄ側から視認すると、この表示セルは上述の反射のために白く見えることとなる。

このように第１電極１１ａ，１１ｂに電圧を印加した場合には、表示セルは高透過状態となって着色層１７の色を表示し、一方、第２電極１２ａ，１２ｂに電圧を印加した場合には、表示セルは低透過状態となって白色を表示することとなる。よって、電圧を印加する電極をこのように切り換え、高透過状態または低透過状態のいずれか一方を書き込み状態に対応させ、他方を消去状態に対応させることで、画像の書き込みや消去を行うことができる。
また、このような方法では、電圧を印加する電極を切り換えて、固体粒子１３ａからなるブリッジの向きを強制的に変えることで、画像の書き込みと消去とを行っているため、固体粒子が自然に分散することで画像を消去する従来の方法に比べて、応答性が格段に優れる。また、従来の方法では、一旦固体粒子がブリッジを形成すると、その後、電界を取り去っても固体粒子の一部はブリッジの状態で残ってしまうため、書き込み耐久性が良好ではないという問題があったが、このような方法によればこうした問題も生じず、良好な書き込み耐久性を維持できる。

また、この例では、第１電極１１ａ，１１ｂは、生じる電界の向きが表示面Ｄと略直交するように配置されているとともに、第２電極１２ａ，１２ｂは、生じる電界の向きが表示面Ｄと略平行となるように配置されているため、表示面Ｄ側から視認した際に、上述の高透過状態と低透過状態とにおける光透過性の差違が明確となる。よって、このような表示装置は、画像のコントラストが優れたものとなる。

画像のコントラストをさらに向上させるためには、図４や図５の分解図に示すように、第１電極１１ａ，１１ｂの片方の電極１１ａまたは両方の電極１１ａ，１１ｂを部分電極として、表示セル内において電界が部分的に生じるようすることが好ましい。
ここで部分電極とは、電極が配置される表示セルの対象面に対して、その電極が全面でなく部分的に設けられる電極のことであって、例えば図４のように、第１電極１１ａを透明基板１５ａの全面ではなく部分的に設ける形態（この例では、表示セルの両側端に対応するように、帯状に２カ所設けている。）や、図５のように、第１電極１１ａだけでなく第２電極１１ｂについても、同様に部分的に設ける形態などが例示できる。

このように第１電極１１ａ，１１ｂのうち少なくとも片方を部分電極として、第１電極１１ａ，１１ｂに電圧を印加して高透過状態とすると、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、表示セル中における部分電極に対応した部分のみに電界が生じ、その結果、電界が生じた部分にのみ固体粒子１３ａが局在化しつつブリッジを形成する。よって、高透過状態における光透過性がより向上し、図６（ｂ）や図７（ｂ）に示す低透過状態との光透過性の差違がさらに明確となり、画像のコントラストが非常に良好となる。
また、第２電極１２ａ，１２ｂのうち少なくとも片方を部分電極として、低透過状態の光透過性をより低くすることも可能である。

以上説明した図示例では、第１電極１１ａ，１１ｂは、生じる電界の向きが表示面Ｄと略直交するように配置されているとともに、第２電極１２ａ，１２ｂは、生じる電界の向きが表示面Ｄと略平行となるように配置されているために、上述したように、高透過状態と低透過状態とにおける光透過性の差違が明確となり、高いコントラストを発現できるようになっているが、高いコントラストが要求されない場合などには、第１電極は生じる電界の向きが表示面Ｄと交差するように配置され、第２電極は第１電極とは生じる電界の向きが異なるように配置されている限り、図示例に限定されない。

また、１つの表示セルに対しては、第１電極および第２電極に加えて、さらに１組以上の電極を設け、全部でＮ組の電極を設けてもよい。例えば、１つの表示セルに対して、生じる電界の向きが第１電極や第２電極とは異なる第３電極を設け、電圧を印加する電極をこれら３組の電極間で切り換えることで、表示セルの光透過性を３段階に切り換えることができる（Ｎ＝３の場合）。このように、生じる電界の向きが異なるＮ組の電極を備えた表示セルが複数形成された表示装置によれば、Ｎ段階の濃淡のある画像を応答性よく、良好なコントラストで表示することができる。

また、図示例の表示セルは反射型のものであって、表示面Ｄの反対面に着色層１７が設けられているが、このように着色層１７を設ける代わりに、第１電極１１ｂや透明基板１５ｂを着色したものに変更してもよいし、このような着色層１７を設けず、透過型の表示セルとしてもよい。
透過型の表示セルの場合には着色層がないために、高透過状態では、表示面Ｄ側からは背面側からの光を視認でき、一方、低透過状態では、表示面Ｄ側からは背面側からの光を視認できない。よって、反射型の場合と同様に、電圧を印加する電極を切り換えることで光の視認性を変化させ、書き込みや消去を行うことができる。

なお、ＥＲ流体に含まれる絶縁性の固体粒子としては、例えば、シリカ、セルロース、澱粉、酸化チタン、二酸化チタン、水酸化チタンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、「工業材料（１９９４年、第１４２巻、第３号、ｐ．１０４−１０６）」に記載されているような無機・有機複合粒子を使用してもよい。
また、ＥＲ流体に含まれる絶縁性の液体としては、光透過性のあるものが使用され、フッ素系不活性液体（ＰＦ−５０５２等）、脂肪族飽和炭化水素（Ｉｓｏｐｅｒ−Ｇ等）、シリコーン油、流動パラフィンなどが一般的に用いられるが、これらに限定されるものではない。絶縁性の液体には、光透過性を阻害しない範囲で、染料や顔料などの着色剤を混ぜてもよい。

また、透明性のある導電材料としては、一般にはＩＴＯを用いるが、透明性と導電性とを備えたものであれば特に制限はない。また、透明基板としては、一般にはガラスを用いるが、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂に代表される透明性プラスチックなども使用できる。

以上説明した表示装置によれば、ＥＲ流体を含む１つの表示セルに対して、生じる電界の向きが表示面と交差するように配置された第１電極と、第１電極とは生じる電界の向きが異なる第２電極とが設けられているため、電圧を印加する電極を切り換えることで、表示セルの光透過性を直ちに切り換えることができる。よって、このような表示装置は、応答性が良好で、また、書き込み耐久性にも優れる。
このような表示装置の好適な具体例としては、表示セルが複数形成された表示装置として、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのデイスプレイや、パソコンなどから情報を取得して独立して運搬できる電子ペーパーや電子書籍などの表示体を例示でき、表示セルが１つ形成された表示装置として、調光ガラスなどの調光素子が例示できる。

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。
［実施例］
（表示セルの作成）
着色層を設けない透過型の表示セル（セルサイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ）を作成した。具体的な構成は、着色層１７を設けない以外は、図１の表示セルと同様とした。
すなわち、ガラス製の透明基板の片面にＩＴＯ蒸着膜を形成したものを２枚用意し、１組の第１電極とした。そして、これら第１電極の間に、導電板からなる第２電極が矩形の切り抜き部の内側面にあらかじめ設置されたシリコーンゴム製のスペーサ（厚さ：３ｍｍ）を挟み込み、これらを一体に接合するとともに、切り抜き部内にＥＲ流体を注入し、表示セルを作成した。
ＥＲ流体としては、シリコーンオイル（商標：ＴＳＦ−４５１−１０、ＧＥ東芝シリコーン製）５０．１ｇに、ＴｉＯ（ＯＨ）_２粒子１．３ｇと、界面活性剤（商標：ＴＳＦ４７００、ＧＥ東芝シリコーン製）０．２２８ｇを添加し、超音波分散機で１０分間分散させたものを使用した。
得られた表示セルは、第１電極間の距離が３．０ｍｍ、第２電極間の距離が１０ｍｍであった。

（応答性試験）
得られた表示セルの第１電極間と第２電極間に交互に電圧を印加して、第１電極間に電圧を印加した場合は１０００Ｖ／ｍｍ、第２電極間に電圧を印加した場合は３００Ｖ／ｍｍの電界をそれぞれ生じさせた。
そして、電圧を印加する電極を第１電極から第２電極に切り換え、表示セルが書き込み状態（高透過状態）から消去状態（低透過状態）へと切り換わるまでの時間（応答時間）を測定した。その結果、応答時間は約４．８秒であり、応答性に非常に優れていた。なお、表示セルの書き込み状態から消去状態への切り換わりは、目視で判断した。

（書き込み耐久性試験）
得られた表示セルの第１電極間と第２電極間に、応答性試験の場合と同様にして交互に電圧を印加し、電界を生じさせて、書き込み状態と消去状態とを繰り返した。
そして、各書き込み状態と各消去状態において表示セルの透過率（％）を測定し、書き込み回数を横軸としてプロットした（図８）。図８から明らかなように、書き込みと消去とを繰り返しても、書き込み状態および消去状態における透過率の変化はいずれも小さく、また、書き込み状態と消去状態における透過率の比率（コントラスト）もほぼ一定であり、書き込み耐久性が優れていることが示された。なお、透過率は、Ｍａｃｂｅｔｈ社製ＴＤ９３２で測定した。

［比較例］
第２電極を具備しない以外は実施例と同様の表示セルを形成した。
そして、第１電極に実施例と同様の電圧を印加した後、電圧を切り、表示セルが書き込み状態から消去状態へと切り換わるまでの時間（応答時間）を測定した。その結果、応答時間は約１分間であり、応答性が悪かった。また、この消去状態においては、ＥＲ流体中の粒子の一部が依然ブリッジを形成しているためか、表示セルの透過率が比較的高かった（透過率＝３４％）。そのため、その後、再度第１電極に電圧を印加しても、消去状態から書き込み状態への切り換わりが明確には認められず、書き込み耐久性に劣っていることが示された。

本発明の表示装置に形成された表示セルの一例を示す概略構成図である。 図１の表示セルの分解図である。 図１の表示セルに電圧を印加した状態を示す説明図であって、（ａ）第１電極に電圧を印加した場合と、（ｂ）第２電極に電圧を印加した場合である。 第１電極の片方のみを部分電極とした表示セルの分解図である。 第１電極の両方を部分電極とした表示セルの分解図である。 図４の表示セルに電圧を印加した状態を示す説明図であって、（ａ）第１電極に電圧を印加した場合と、（ｂ）第２電極に電圧を印加した場合である。 図５の表示セルに電圧を印加した状態を示す説明図であって、（ａ）第１電極に電圧を印加した場合と、（ｂ）第２電極に電圧を印加した場合である。 実施例において、書き込み状態と消去状態とを繰り返した際の表示セルの透過率を示すグラフである。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ 第１電極
１２ａ，１２ｂ 第２電極
１３ ＥＲ流体

Claims (3)

1. エレクトロレオロジー流体を含む表示セルが１つ以上形成された表示装置であって、
   各表示セルには、生じる電界の向きが表示面と交差するように配置された第１電極と、該第１電極とは生じる電界の向きが異なる第２電極とが設けられていることを特徴とする表示装置。
2. 前記第１電極は、生じる電界の向きが前記表示面と略直交するように配置されているとともに、前記第２電極は、生じる電界の向きが前記表示面と略平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１電極は、前記表示セル内で電界が部分的に生じるように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
   
   

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