JP2007271741A - 画像表示素子ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】従来の電子ペーパーは、電気泳動を利用する方式では、マイクロカプセル内で層分離した状態の有色微粒子を移動させるため、駆動が難しく耐久性、信頼性等の課題がある。また、２色の球体粒子を用いたツイストボール方式では、回転開始が遅く多色を用いたカラー画像表示が困難である。
【解決手段】本発明は、個々に間仕切りされて面方向に展開配置された複数の各セル内に負（又は正）電荷に帯電する複数色の色領域を有する回転表示素子が有色な媒体と共に収納され、セルの周囲に設けた複数の電極により、電気泳動及び回転を行い、表示素子間の凝集を引き起こすことなく画像表示側に色表示を行う画像表示素子である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動回路によって回転表示素子の回転又は、電気泳動を伴う回転による画像表示を行う画像表示素子ユニットに関する。

一般に、液晶表示素子やブラウン管等を代表とする画像表示装置が知られている。近年提案されている電子ペーパーと称される画像表示装置は、前述した液晶表示装置又はブラウン管等による画像表示装置とは構造が異なり、電圧の印加を停止した状態であっても画像表示を維持し、且つ広い視野を有している。この画像表示装置は、低消費電力、軽量等の特徴を備えているため、次世代の画像表示装置（表示ペーパー）として、種々の技術が多数提案されている。

これまでの電子ペーパーは、電気泳動と、特許文献１に記載する反転電場を用いたツイストボール（twisted ball）と、異色彩微粒子間の凝集、基板表面特性の変化等を利用して、画像の表示を行っている。

これらのうち、電気泳動を利用する電子ペーパーのカラー画像表示においては、同じマイクロカプセルの中に封入される異色彩の微粒子の電気泳動速度差を利用して行われる。他方、ツイストボールを用いた電子ペーパーの画像表示素子は、多数の２色球体粒子が一対の基板間に収納され、それぞれの基板に対向電極が配置された構成となっている。これらの対向電極に直流電圧を印加して、対向電極の正負極性を反転させることにより、反転電場を形成し、２色球体粒子を回転させる。このように２色球体粒子に反転電場を用いて回転させて画像表示させることからツイストボール方式と称されている。
ＵＳ２００４−００９０４１５号明細書 特開２００４−５４１８４号公報

前述した画像表示のうち、電気泳動を利用する表示方式は、カラー画像を表示させるために、マイクロカプセル内で異色彩微粒子を数層に分けて分離させ、所定色彩の微粒子のみをマイクロカプセルの画像表示側（画面表面）に移動させて集積させなければならない。例えば、微粒子毎に一色の色彩が施された、３色の多数の微粒子を一つのマイクロカプセルに封入する。ここで、１色の微粒子のみを表示する場合、１つのマイクロカプセルに配置される一対電極の極性を数回切り換えて、異なる電圧印加時間において異なる大きさの電圧を印加する必要がある。

このような画像表示の駆動方法は、非常に複雑になるだけではなく、異色彩微粒子の凝集及びマイクロカプセルが壁面に付着する等の不具合を完全に防止することはできない。そのため、鮮明な画像コントラストが得られなくなる虞があり、電子ペーパーとしての耐久性、信頼性等について未だに解決されていない課題となっている。

前述したツイストボール方式は、２色の球体粒子を一方の色が見えるように回転する画像表示であるため、例えば白黒等の２色表示となり、３色以上の色を用いたカラー画像表示が困難である。また、反転電場により２色球体粒子を回転させる際に、予め回転方向が定まっていないため、回転開始が遅くなり、画像の迅速表示ができない等の課題が指摘されている。

これを解決する技術として、例えば特許文献２には、画像の応答速度を向上させるために、一つの球体粒子に対して配置される一対の対向電極が球体粒子の回転軸からずれた位置に配置される構成が提案されている。さらに個々の球体粒子への印加電圧にも時間差を設けることにより、球体粒子の反転方向が制御でき、球状粒子の追従反転性を向上させる方法も提案されている。このような駆動方法においても、根本的には球状粒子の回転原理を変えたわけではない。この駆動方法は、個々の球体粒子が隣接した球体粒子の回転方向に追従して回転するため、個々の球体粒子に時間差を設けて、電位を印加する必要がある。換言すれば、全ての球体粒子に対して、同時に電位を印加して回転させて、画像を迅速に且つ同時に表示する構成ではない。

そこで本発明は、個々に制御される回転表示素子の回転電場により回転し、高い応答速度を有する画像表示素子ユニットを提供すること目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、面方向に展開して配置され、それぞれに格子状に間仕切りされた複数のセルと、それぞれの前記セル内に収納される透明な媒体及び、該媒体内に回転可能に収納され、表面に複数色の色領域を有する粒子と、それぞれの前記セルの周囲に設けられ、前記粒体を回転させる電場を生成するための複数の電極と、前記電極に電圧を印加して前記電場を生成して前記粒体を回転させて、画像表示側に所望する該粒体の色を表示させる電場駆動部とを具備する画像表示素子ユニットを提供する。

さらに本発明は、透明部材により形成され、一方の面にハニカム構造の第１の枠体が設けられた画像表示側基板と、前記画像表示側基板と対向し、前記第１の枠体と対向するようにハニカム構造の第２の枠体が設けられる対向側基板と、対向する前記第１の枠体内と前記第２の枠体内により形成されるスペースをセル構造として、前記セル構造内に充填される収納される透明な媒体と、前記媒体内に回転可能に収納され、表面に複数色の色領域を有する粒子と、前記第１の枠体の辺部と前記第２の枠体の辺部において、前記粒子の略中心を通り、斜め方向で対向する面を有する少なくとも一対２組の辺部内側に設けられる電極と、前記一対２組の電極に対して、電圧を印加して前記電場を生成して前記粒体を回転させて、画像表示側に所望する該粒体の色を表示させる電場駆動部とを具備する画像表示素子ユニットを提供する。

さらに本発明は、面方向に展開して配置され、格子状に間仕切りされた複数のセルと、それぞれの前記セル内に充填される有色な媒体と、前記媒体内に収納され、一部領域に正及び／又は負の電荷が帯電し、表面に複数色の色領域を有する粒子と、それぞれの前記セルの周囲の面に設けられ、前記粒体に対して電気泳動又は回転させる電場を生成するための複数の電極と、前記電極に電圧を印加して前記電場を生成して前記粒体を電動泳動又は回転させて、画像表示側に所望する該粒体の色を表示させる電気泳動電場駆動部とを具備する画像表示素子ユニットを提供する。

本発明によれば、個々に制御される回転表示素子の回転電場により回転し、高い応答速度を有する画像表示素子ユニットを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施形態としての画像表示装置の基本構造を示す図である。図１では、画像表示装置を構成する１つの画像表示素子ユニットの構成を示し、図２は、複数のユニットが２次元的に配置された画像表示装置の概念的な構成例を示している。尚、以下の説明に用いる図面において、同一又は類似の部材については同じ参照符号を付して、重複する説明は省略する。又は、図面に記載される構成部位は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参照して判断すべきものである。また、図面相互間においてもお互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、図面および以下の説明における方向（例えば上下左右）は、仮に後述する画像表示側を上と仮に定義した場合の方向であり、重力方向を下とした現実の方向とは必ずしも一致しない相対的な方向を指す。

本実施形態は、回転表示素子（球体粒子）間の凝集を引き起こすことなく、回転表示素子に一定の回転方向を持たせ、独自且つ同時に所定位置へ回転させることにより、高画像応答速度及び高解像度を有する画像表示素子ユニットを有する画像表示装置である。

図１に示す画像表示素子１は、直方体のセル２内に不透明の回転表示素子（粒子）３及び媒体４が格納されて構成される。回転表示素子３は、媒体４に対して、回転可能にするために全周に亘り隙間をあけた状態となることが可能な様に、セル２に収納されている。この隙間の中には、回転表示素子３の回転を容易にするための潤滑剤を注入してもよい。尚、回転表示素子３は、以下の各実施形態において球体形状の微粒子として説明しているが、回転可能であれば、球体に限定されるものではない。例えば、多面体や円柱形状であってもよい。また、球体形状の微粒子における回転方向については特に限定されるものではないが、円柱形状の場合には回転方向が２次元的に限定される。

本実施形態における媒体４は、できるだけ無色透明に近い方が好ましく、回転表示素子３がセル２の定位置に留まらせることができる材質からなる。これは、回転表示素子３がセル内を移動して、隣接するセルの回転表示素子どうしが近接して凝集すること及び壁面に付着することを防止する。媒体４には、例えば流動性の溶液媒体もしくは非流動性のゲル媒体を用いることができる。また、媒体４の回転表示素子３への付着を抑制するため、また回転表示素子３同士の近接を抑制するため、媒体４中に適宜界面活性剤（乳化剤）を添加することが好ましい。

このセル２の各６面の略中央にはそれぞれ１つの電極ａ〜ｅが配置される。各電極ａ〜ｅには、後述する一対の電極毎に制御する電場駆動部５が接続されて、画像表示素子ユニット６を構成する。またセル２において、ユーザーが画像を見る画像表示側の電極には、回転表示素子３の表示色が視認できるように透明電極を設ける。例えば、画像表示側に電極ａを配置する構成であれば、電極ａを透明電極とする。これらの電極の大きさは、回転表示素子３が回転可能であれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では、回転表示素子３の直径と同じ若しくはそれ以下であり、例えば直径の１／５程度以上であればよい。

この構成例において、セル２の６つの面に配置される電極ａ〜ｆは、回転表示素子３を挟んで対向する２つの電極を一対とする。図１に示す配置であれば、電極ａは対向する電極ｃと対向し、これらの２つの電極を一対の電極とする。同様に、電極ｂは電極ｄと対向し、電極ｅは電極ｆと対向して、それぞれを一対とする。これらの一対を２組、計４つの電極に電場駆動部５から電圧を印加して交流電場（回転する電場）を形成し、回転表示素子３を２次元的に回転させる。例えば、電極ａ−電極ｃ組と電極ｂ−電極ｄ組とを組み合わせて、回転する電場を発生させることにより、回転表示素子３を回転させることができる。同様に、電極ａ−電極ｃと電極ｅ−電極ｆの組み合わせ、又は電極ｂ−電極ｄと電極ｅ−電極ｆとを組み合わせても回転表示素子３を回転させることができる。

図１に示すように、一対を３組、計６つの電極を同時に用いて駆動させる場合、交流電場の印加条件を適宜に制御することによって、回転表示素子３を３次元的に任意方向へ回転させることができる。このように、一対で２組以上の電極対があれば、電極対の数を増やすことによって、回転表示素子３の回転方向をより精密に行うことができる。

回転表示素子３を回転させる場合、例えば、直流の電場駆動回路を用いて、電極一対を２組、計４つの電極へ時間差を設けた直流電圧を間隔的に印加することによって回転電場を形成して、回転表示素子３を一方方向へ回転させることができる。さらに、交流の回転電場と同様に回転表示素子３の周り（６面）で一対３組、計６つの電極を用いれば、回転表示素子１を３次元的に任意方向へ回転させることができる。さらに後述する実施形態にように、回転表示素子３の周りで１面当たりの個々に制御可能な電極（電極対）の数を増やすことによって、回転表示素子３の回転方向をより精密に行うことができる。

また、図１では、代表的に１つの画像表示素子ユニット６を示しているが、実際に使用する場合には、図２に示すように画像表示素子ユニット６を面方向に集積配置して、表示画面として使用する。

次に、第１の実施形態の画像表示装置における回転表示素子３の回転による画像表示方法について説明する。図３（ａ）〜（ｅ）には、回転表示素子３の回転を説明するための画像表示素子ユニット６の概念的な構成を示し、図４は、回転表示素子の回転方向を示す図である。この例では、回転表示素子３として異なる４色（例えば、赤色、緑色、青色及び黒色）及び白色が着色された球体の回転表示素子３を用いて説明する。この回転表示素子は、４色を球体の周りに均等に着色し、前後に白色を着色している。この実施形態では、白色は画像が表示されていない時の背景色として用いている。

電極ｂ，ｄは、上面の画像表示側基板７と、下面の対向側基板８及び左右の隔離壁９，１０に電極ａ，ｂ，ｃ，ｄ（時計回り）が設けられている。ここでは、図１に示した電極ｅ，ｆは省略している。これらの電極ａ〜ｄに対して、図３（ｂ）示すように９０度ずつ位相がずれた第１の交流電場を形成させ、回転電場を形成させる。例えば、
電極ａ：Ｅｃｏｓωｔ
電極ｂ：Ｅｃｏｓ（ωｔ＋３π／２）
電極ｃ：Ｅｃｏｓ（ωｔ＋π）
電極ｄ：Ｅｃｏｓ（ωｔ＋π／２）
の位相のずれた回転電場を形成する。この場合、回転表示素子３は、電場に対する誘起双極子の遅れによって生じる回転力に基づき、図３（ｂ）〜図３（ｅ）に示されたような回転方向で回転する。回転表示素子３は、電極ｅ，ｆに貫く方向を中心軸として、２次元的に右回転（時計周り回転）に回転する。

また、反対に、同様に回転電場を形成方法で、例えば、
電極ａ：Ｅｃｏｓωｔ
電極ｄ：Ｅｃｏｓ（ωｔ＋３π／２）
電極ｃ：Ｅｃｏｓ（ωｔ十π）
電極ｂ：Ｅｏｏｓ（ωｔ＋π／２）
の位相のずれた第２の回転電場を形成する。この場合、回転表示素子３は電場に対する誘起双極子の遅れによって生じる回転力に基づき、第１の回転磁場による回転方向とは逆方向に回転する。この時、回転表示素子３は、電極ｅ，ｆ（図１）に貫く方向を中心軸として、２次元的に左回転（反時計周り回転）に回転する。

また図１に示した一対３組、計６つの電極ａ〜ｆに対して、電場駆動部５の制御によりセル２内に方向が異なる複数の回転電場を形成することができる。これらの回転電場を同時又は時系列的に複数組み合わせることにより、図４に示すような回転表示素子３に対する３次元的に回転（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に沿った回転）をさせることができる。

同様に電場駆動部５の制御により、図４に示すように電極ａ，ｃ，ｅ，ｆに対して、前述した９０度ずつずれた位相の電圧をそれぞれ印加して、セル２内において回転電場を形成する。この回転電場により、電極ｂ，ｄに貫く方向を中心軸として、後回転（横時計周り回転）又は、前回転（横反時計周り回転）に回転させることができる。

さらに、電極ａを画像表示側として、回転駆動させるために一対となる電極ｂ，ｄ及び電極ｅ，ｆが電場駆動部５によりそれぞれ駆動されて、セル２内に回転電場を形成する。この回転電場は、図４に示すように回転表示素子３を電極ａ，ｃに貫く方向を中心軸として、水平時計周り又は、水平反時計周りに回転する。

交流電流を用いて回転電場を発生させる場合には、その電流波形を正弦波、連続する三角波、ステップ波、矩形波又はランプ波等の波形を利用する。本実施形態では、回転表示素子３における回転速度、及び回転方向を制御できれば、その制御に用いる波形、周波数及び振幅は、特に限定されるものではなく、また適宜組み合わせにより実現してもよい。

また、回転表示素子３の回転速度は、回転表示素子の比重、形状、表面の荷電状態、ゼーター電位の強度、及び形成する部材（材料）の種別等を設定・選択することによって制御することができる。その他にも、セル２に格納される媒体４の粘度、電場の強さ等、他の作動条件を選択及び調整することによって、回転表示素子３の回転速度を制御することができる。

画像表示の際に、回転表示素子３において、どの色が画像表示側に出ているかは、回転表示素子３の画像が表示されない（背景色が表示されている）状態を初期状態として、回転動作歴を記憶しておき、次の表示色に対して回転する様に制御してもよい。また、あるタイミングで一旦初期状態に戻った後、再度色表示のための回転動作を開始してもよい。また、回転表示素子３に予め基準位置となる箇所に正又は負の電荷を帯電させており、ある電極のみに逆の電荷を持つように電圧を印加して、基準位置部分を引き寄せて基準位置出しを行ってもよい。また、後述する電気泳動を行う表示素子であれば、電荷リッチとなった領域を用いて基準位置出しを行うことも可能である。

以上は、対向する電極一対２組即ち、４つの電極に対して交流電流を用いて回転電場を形成して回転表示素子３の回転方法について説明した。さらに、直流電流によって、回転電場を形成させて回転表示素子３を回転させることもできる。直流電流を用いる場合は、一対２組、計４つの電極に対して、同じ間隔の時間差を設けた直流電圧（パルス電圧）を時系列的に印加することによって、回転表示素子３を一方方向に回転させることができる。

図５には、第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示し説明する。尚、図５においては、各画像表示素子ユニット６に接続する電場駆動部５は図示を省略している。

本実施形態は、縦方向（厚さ方向）に画像表示素子３を収納するセルを積層させて、面方向に広がり且つ階層化する構成である。

この画像表示装置１１は、複数の画像表示素子ユニット６を３次元的に配置して構成される。第１の実施形態で説明した回転表示素子３に対して、例えば、赤／白、青／白及び、緑／白等の３組の異なる２色の色彩を半球に分けて着色して使用する。

本実施形態の画像表示装置１１では、画像表示素子ユニット６が面方向に展開するように配置され、さらに３つの階層に積層された構成である。上層及び中層のセル２は、透明材質により形成され、セル２内に収納された各層の回転表示素子３が画像表示側から見ることができるように、各層毎に適宜、例えば直径の１／３程度を横方向に一律にずらしている。第２の実施形態の画像表示素子ユニットの回転駆動においては、前述した第１の実施形態と同様な駆動方法により回転させることができる。

従って、図示しない電場駆動部５の回転制御により、所望する色が画像表示側を向くように回転表示素子３を回転させることにより、種々のカラー画像を表示させることができる。

次に図６を参照して、第３の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置について説明する。前述した第１，２の実施形態では、各々１つの回転表示素子３を収納するセルからなる画像表示素子ユニットを多数集合させて画像表示装置を構成した例について説明した。

本実施形態は、図６（ａ）に示すように、それぞれの一方面に同じ高さの隔離壁２１，２２が形成された溝を有する２枚の画像表示側基板２３及び対向側基板２４を対向させて、隔離壁２１，２２の先端をそれぞれに対向する基板面に当接させて張り合わせる。この構成により、隔離壁２１，２２は、回転表示素子２５を交互に区分する。ここで、画像表示側基板２３上の隔離壁２１間の溝幅をＬ１、対向側基板２４上の隔離壁２２間の溝幅
をＬ２としている。

本実施形態における回転表示素子２５は、上下面側に白色が着色され、側面に緑色、赤色、青色及び黒色の４色がそれぞれ着色されている。尚、これらの表示色や配色に限定されるものではなく、必要に応じて表示色及び着色面積等を含む配色は適宜変更することができる。

図６（ｂ）に示すように、画像表示素子ユニットを断面方向から見ると隔離壁２１と隔離壁２２は、交互に配置される。また、実際に表示画面を構成するために、面方向に画像表示素子ユニットを集積配置する場合には、例えば、図６（ｃ）に示すように、両側面に交互に張り出すように隔離壁２１と隔離壁２２とをそれぞれ基板２４，２５に作製し、回転表示素子２５を入れて、これらの隔離壁２１，２２が嵌合するように貼り合わせると、回転表示素子２５が個々に区分される。

これらの隔離壁２１，２２は、同じ溝内に配置される回転表示素子２３の凝集を防ぐためのスペーサー又は間仕切りとして機能する。さらに、６つの各内壁面（上下及び側面）の略中央には、回転表示素子２５を回転させるための電極ａ〜ｆ（但し、電極ｅ，ｆは図示せず）が設けられている。この時、画像表示側にある電極ａは、透明電極となっている。

以上本実施形態によれば、画像表示側基板の溝幅Ｌ１及び対向側基板２４の溝幅Ｌ２は、セル毎に設ける隔離壁に比べて溝幅が広く、加工が容易になる。

また、図６（ｂ）に示したように、球体形状の粒子を回転表示素子として用いて、回転表示素子に異なる複数の色を着色して、回転電場部で適宜、回転駆動させることにより、画像表示画面には、所望する色を用いた画像を表示させることができる。図１に示したセルは、格子構造の基板と透明基板との張り合わせにより構成することができる。

第３の実施形態の画像表示素子ユニットの回転駆動においては、前述した第１の実施形態と同様な駆動方法により回転させることができる。

次に図７（ａ），（ｂ）を参照して、第４の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置について説明する。図７（ａ）には、ハニカム構造基板の断面構成を示し、図７（ｂ）には、対向側基板を画像表示画面側から見た構成示す。
本実施形態では、画像表示素子ユニット（セル）を、２枚の画像表示側ハニカム構造基板３１及び対向側ハニカム構造基板３２を張り合わせて構成する。

基板３１，３２上には、多数の６角形の枠体が面方向に広がるハニカム枠体３３，３４がそれぞれ設けられる。このハニカム枠体３３における対向する辺部３５ａ，３５ｂの内壁面と基板上面に接し、斜面３７を有する三角柱形状の電極ｂ，ｃが設けられる。同様に、基板３１にも、基板３２と対向するように配置した際に、辺部３５ａ，３５ｂと対向する辺部３８ａ，３８ｂの内壁面及び基板上面に接し、斜面３７を有する三角柱形状の電極ａ，ｄが設けられる。ハニカム枠体３３，３４の高さは、基板３１，３２を対向して張り合わせた際、六角状のスペースから隣接するスペースに回転表示素子が移動しない高さを有している。また、基板３１，３２を張り合わせた際に、斜め方向に対向する電極ａと電極ｃの斜面３７は、転表示素子３５を挟んで正対向する。同様に電極ｂと電極ｄにおいても、斜面３７は転表示素子３５を挟んで正対向する。転表示素子３５が回転し易くするためには、正対向する斜面３７の中心が転表示素子３５の略中心を通ることが望ましい。

また、ハニカム枠体３３または３４のいずれか一方は省略することが可能である。この時ハニカム枠体３３または３４の高さは回転表示素子のずれ、又は凝集が起こらない高さとする。

尚、画像表示側ハニカム構造基板３１及び対向側ハニカム構造基板３２を張り合わせる場合、画像表示素子ユニット内に収納される媒体４が漏洩しないような、基板全周に亘り密閉加工を必要とする。第４の実施形態の画像表示素子ユニットの回転駆動においては、前述した第１の実施形態と同様な駆動方法により回転させることができる。

次に図８を参照して、第５の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置について説明する。
この第５の実施形態では、半球が透明部材により形成され、残りの半球が不透明部材により形成されている回転表示素子４１を用いる。

対向側基板４２上には、隔離壁４３が四方を囲む格子状に形成される。これらの各マスの中に１つの回転表示素子４１が収納される。対向側基板４２は、透明な画像表示側基板４４と対向して貼り合わせられ、透明な媒体４が充填されている。この時、隔離壁４３の先端を対向側基板４２に当接させる必要はない。

隔離壁４３の四方の内面と画像表示側基板４４と透明な対向側基板４２の６面によりセル２が形成される。セル２は、隔離壁４３の四方の内面のうち少なくとも対向する２面と、画像表示側基板４４と対向側基板４２に電極ａ〜ｆが設けられている。尚、前述した第１の実施形態と同様に、６つの内面に一対の３組の電極ａ〜ｆを配置してもよい。ここでは、画像表示側基板４４に設けられる電極ａは透明電極である。

電極ａと対向する電極ｃは、シアン（Ｃ）又はマゼンタ（Ｍ）又はイエロー（Ｙ）又はホワイト（Ｗ）のうちの、それぞれ異なる一色が着色された電極（修飾電極）４５〜４８として使用される。ここでは、シアン（Ｃ）修飾電極４５、マゼンタ（Ｍ）修飾電極４６、イエロー（Ｙ）修飾電極４７及びホワイト（Ｗ）修飾電極４８とする。これらの電極４５〜４８は、セル２内に収納されている回転表示素子４１を回転させて、媒体４及び回転表示素子４１の透明部材を透過した電極の色を画像表示側から見ることができる。これにより、画像表示側では、青色、赤紫色、黄色及び白色をそれぞれ表示させることができる
また、青色、赤紫色、黄色及び白色が着色された各修飾電極４３〜４６を有する４つの画像表示素子ユニットの一組を１ピクセルとして、適宜に基板に配置する。このような構成を用いた減法混色により、カラー画像表示を行うことができる。第５の実施形態の画像表示素子ユニットの回転駆動においては、前述した第１の実施形態と同様な駆動方法により回転させることができる。

次に図９を参照して、第６の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置について説明する。図９は、代表的に１つのセル２を含む画像表示素子ユニットを示している。
本実施形態は、前述した第５の実施形態における色が着色された電極（修飾電極）の構成が異なっている。この実施形態は、透明な画像表示側基板５１と対向側基板５２が対向し、その間にマス目状に配置された隔離壁５３に囲まれた多数のセル２が形成される。各セル２内には、前述した第５の実施形態と同等な球体の回転表示素子４１及び媒体４が収納されている。

隔離壁５３の内壁面と画像表示側基板５１の上面に接し、斜面５４を有する三角柱形状の透明な電極ａ，ｄが配置される。また電極ａ，ｄとそれぞれに回転表示素子４１を挟んで斜め方向に対向する斜面５４を有する三角柱形状で異なる色が着色された電極ｂ，ｃが配置される。ここでは、回転表示素子４１を回転駆動させるために、斜め方向に対向する電極ａと電極ｃが一対となり、同様に電極ｄと電極ｂが一対となる。

つまり、セル２内には、それぞれに異なる１つの色が着色された２つの電極（修飾電極）ｂ，ｃが配置される。これらの修飾電極には、シアン（Ｃ）又はマゼンタ（Ｍ）又はイエロー（Ｙ）又はホワイト（Ｗ）のうちの、それぞれ異なる一色が着色されている。

この様に構成された画像表示素子ユニットは、一対２組の電極に制御された電圧を印加して、回転表示素子４１を回転させて、２つの電極のうち、一方の色を透明部材側の半球を透過させて画像表示側に表示することができる。この時、他方の電極の色は、不透明部材により遮光され、その色が透過されず画像表示側には表示されていない。第６の実施形態の画像表示素子ユニットの回転駆動においては、前述した第１の実施形態と同様な駆動方法により回転させることができる。

次に、第７の実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図１０は、本実施形態に係る画像表示装置を構成する１つの画像表示素子ユニットの概念的な概略的な構成を示している。本実施形態は、表示素子間の凝集を引き起こすことなく、回転表示素子の電気泳動及び回転を順次又は同時に行うことにより、高解像度と高画像応答速度とを実現する画像表示装置である。

画像表示素子ユニット６１は、直方体形状のセル６２内に回転表示素子６３と背景色となる色の媒体６４が充填される。媒体６４は、画像が表示されていない場合には、回転表示素子６３は電気泳動によりセル内で下面に沈み込み、媒体６４の色が画像表示側に表示される色となり、所謂、背景色となっている。

図１０に示す例では、セル６２の上下左右の４面に５つの電極ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｇが設けられている。セル６２の画像表示側となる上面には、同じ大きさの２つの透明電極ａ，ｇが設けられる。さらに、電極ｃは画像表示側と対向する下面に設けられ、電極ｂは右面に設けられ、電極ｄは左面に設けられる。また電極ｂと電極ｄは、セルの電極ａ／電極ｇ側より回転表示素子６３の半球下の位置に配置され、電極の大きさ（面積）も回転表示素子６３の半球程度の大きさとする。尚、後述する図１３に示された電極ｂと電極ｄは、セル６２に近接する右面及び左面に配置され、電極の面積（大きさ）についても図１０に示した電極ｂと電極ｄに対して倍の面積を有している。

それぞれ電極ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｇは、電気泳動及び回転駆動部６５により電圧が印加されて回転表示素子６３が泳動及び回転される。また、この例では、４面に電極が設けられているが、勿論、さらに前後の２つの面を加えた６面に電極を設けてもよい。

本実施形態のセル６２は、回転表示素子６３が回転するだけでなく、上下に泳動することができるように、高さ方向に長い直方体形状となっている。回転表示素子６３は、電気泳動と回転を可能にする構成要素を有している。この構成要素として、例えば、回転表示素子自体が、少なくとも一種類以上の表面電荷密度、ゼーター電位、双極子モーメント、または電荷種を有する材料を用いて構成する。また、これらの構成要素を持つ被膜を回転表示素子６３の外表面に被覆させてもよい。

画像の高速表示等を考慮すれば、異なる表面電荷密度と、ゼーター電位と、双極子モーメントと、電荷種を有する外表面を被覆させた回転表示素子６３を用いることが望ましい。但し、本実施形態では、一対の電極間に形成される電場において、回転表示素子６３の極性分子が一定方向に配向され、若しくは無極性の分子が誘起して、一定方向に配向されることよって、表示素子全体の誘起双極モーメントを形成させることができれば、回転表示素子を構成する物質の種類を特に限定するものではない。また、回転表示素子６３としては、回転可能な非定型粒子を用いることができるが、高解画度と高画像応答速度を実現するためには、回転表示素子として、球状、円筒状又は多面体等の一定形状を有する回転物体を用いることが好ましい。

次に、このような画像表示素子ユニットにおける電気泳動及び回転の駆動方法について説明する。
図１０に示す状態の画像表示素子ユニット６１であれば、電気泳動及び回転駆動部６５は、例えば電極ａ，ｇに正電圧を印加し、電極ｃに負電圧を印加すると、電極ａ，ｇと電極ｃとの間に電場が形成される。この電場は、回転表示素子６３の負電荷領域、ゼーター電位が小さい若しくはマイナス側の領域等の正極側に引く寄せられる領域は、電極ａ，ｇに向けて、回転表示素子６３が電気泳動するように配向する。回転表示素子６３は下面から画像表示側（上面）へ電気泳動する。

次に、電極ｃへの電圧の印加を停止した後、電極ａと電極ｇの正又は負の電極極性を制御する。例えば、電極ａを正電極、且つ電極ｇを負電極として電圧を印加すれば、回転表示素子６３の負電荷リッチな半球側が電極ａに向かい、正電荷リッチな半球側が電極ｇに向うこととなり、回転表示素子６３が半回転する。

また電極ａと電極ｇ、或いは電極ｂと電極ｄを一対の電極として、電圧を印加すれば、両電極間で形成される電場によって回転表示素子６３が半回転する。この半回転した状態を維持させたままで、引き続き、電極ａと電極ｇの両電極に正電圧を印加した場合、回転表示素子６３の負電荷リッチな半球側が画像表示側に向くように回転する。反対に電極ａと電極ｇの両電極に負電圧を印加した場合、回転表示素子６３の正電荷リッチな半球側が画像表示側に向くように回転する。

また、回転表示素子６３は、下側（電極ｃ側）から画像表示側へ電気泳動した後、如何なる電場状態で回転させても、電気泳動によって、画像表示側から下側に引き寄せることができる。例えば、回転表示素子６３の半球側が負電荷リッチの領域である場合、電極ａ，ｇ及び電極ｃに、それぞれ負と正の電圧を印加すれば、回転表示素子６３を電極ｃ側に電気泳動させることができる。

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を参照して、第７の実施形態における画像表示装置に、３色（赤色、青色、緑色）が着色（三色彩）された領域があり、負電荷リッチな半球を有する回転表示素子６３を用いた画像表示方法について説明する。ここでは、青色領域が負電荷リッチ領域とし、赤色領域は負電荷疎薄領域としている。緑色領域は負電荷リッチ領域と負電荷疎薄領域の半々に跨るように構成されている。ここで、電極ａと電極ｇに対向する電極を電極ｃとする。

図１１（ａ）の状態では、電極ａと電極ｇに負の電圧が印加され、対向する電極ｃには正の印加電圧が印加されている。この時、回転表示素子６３は下面近傍にあるため画像は表示されず、媒体６４の色が表示されている。次に、図１１（ｂ）に示すように、例えば、電極ａと電極ｇに正電圧を印加し、電極ｃに負電圧を印加と、電極ａ・電極ｇと電極ｃとの間に電場が形成され、回転表示素子６３の負電荷領域が電極ａと電極ｇに向けて電気泳動し、画像表示側に移動して青色が表示される。

次に図１１（ｃ）に示すように、電極ｃへの電圧の印加を停止して、電極ａに負の電圧、電極ｇに正の電圧をそれぞれ印加し、回転表示素子６３の負電荷リッチな半球側を電極ｇに向けて半回転し、画像表示側に移動して緑色が表示される。さらに、図１１（ｄ）に示すように、電極ａと電極ｇの両方に負電圧を印加して、回転表示素子６３の負電荷リッチな半球側が電極ｃに向く、即ち、負電荷疎薄の半球側を電極ａと電極ｇに向けさせるように半回転して、画像表示側には赤色が表示される。

図１２（ａ）〜１２（ｄ）による回転表示素子６３の動作においては、電極ａ・電極ｇと電極ｃを用いて電気泳動を行い、電極ａ、電極ｇ、電極ｂ及び電極ｄを用いて回転の動作を行い、画像表示する例について説明する。ここでも、回転表示素子６３は、３色（赤色、青色、緑色）の着色（三色彩）がなされ、負電荷リッチな半球を有しているものとする。また、青色領域が負電荷リッチ領域とし、赤色領域は負電荷疎薄領域とする。緑色領域は負電荷リッチ領域と負電荷疎薄領域の半々に跨るように構成されている
図１２（ａ）において、電極ａと電極ｇに負の電圧が印加され、対向する電極ｃには正の電圧が印加されている。この時、回転表示素子６３は下面近傍にあるため画像は表示されず、媒体６４の色が表示されている。次に、図１２（ｂ）に示すように、例えば、電極ａ，ｇに正電圧を印加し、電極ｃに負電圧を印加することにより、回転表示素子６３の負電荷領域が電極ａと電極ｇに向かい電気泳動して、画像表示側には青色が表示される。

次に図１２（ｃ）に示すように、電極ｂには正の電圧が印加され、電極ｄには負の電圧が印加し、回転表示素子６３の負電荷リッチな半球側が電極ｂに向けて半回転し、画像表示側に移動して緑色が表示される。図１２（ｄ）に示すように、電極ａ，ｇには負の電圧を印加し、電極ｂと電極ｄにはそれぞれ正の電圧が印加すると、回転表示素子６３の負電荷リッチな半球側が電極ａ，ｇに反発し且つ電極ｂと電極ｄに引かれる状態となる。従って、回転表示素子６３は上側位置を維持したまま、負電荷リッチな半球側が電極ｃに向くように半回転する。この半回転により、画像表示側には赤色が表示される。

このように図１２示されたような電極に電圧を印加すると、実用的に使用することによって、図１１と同様な画像表示効果が得られる。

次に、第８の実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図１３（ａ）に示す画像表示素子ユニットは、前述した第７の実施形態の図１０に示す画像表示素子ユニット６１に対して、電極ｂと電極ｄの面積（大きさ）がそれぞれ２倍となっている。

この実施形態における回転表示素子６３は、前述した図１２（ａ）〜１２（ｄ）における回転表示素子６と同様に、図１３（ｂ）において、電極ａ・電極ｇと電極ｃを用いて電気泳動を行い、図１３（ｃ），（ｄ）において、電極ａ、電極ｇ、電極ｂ及び電極ｄを用いて回転の動作を行う。

本実施形態は、電極ｂと電極ｄの面積を大きくしたことにより、電荷密度がより均一にすることができる。よって、回転表示素子に対して、電気泳動の移動速度や回転速度等をより正確に制御することができ且つ、画像表示素子ユニットを集合させて画像表示画面を形成させた際に、画像切り換えを均一的に実施することができる。

次に、第９の実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図１４には、本実施形態に係る画像表示装置を構成する１つの画像表示素子ユニットの概念的な概略的な構成を示している。本実施形態は、表示素子間の凝集を引き起こすことなく、回転表示素子の電気泳動及び回転を順次又は同時に行うことにより、高解像度と高画像応答速度とを実現する画像表示装置である。

図１４に示す画像表示素子ユニット７１は、セル７２内に回転表示素子７３と背景色となる例えばグレー色の媒体７４が格納される。回転表示素子７３は媒体７４内で泳動可能である。回転表示素子７３は電気泳動によりセル内で下面に沈み込み、媒体７４の色が画像表示側に表示され所謂、背景色となっている。

セル７２の上下面にそれぞれ２つの電極、計４つの電極ａ，ｇ及び電極ｃ，ｈが設けられている。セル７２の画像表示側となる上面には、上面を二分する同じ面積の２つの透明電極ａ，ｇが設けられ、画像表示側と対向する下面には、下面を二分する同じ面積の電極ｃ，ｈが設けられている。

それぞれ電極ａ，ｇは、両電極を短絡するスイッチ７５を介して、電気泳動駆動部７６に接続され、電極ｃ，ｈは、両電極を短絡するスイッチ７７を介して、電気泳動駆動部７６に接続される。各電極ａ，ｇ，ｃ，ｈは、スイッチ７５，７７が開時（非短絡時）には、電気泳動駆動部７６により個々に制御される。また、スイッチ７５が閉時（短絡時）には、電極ａ，ｇは、同じ電圧同じ極性で同時に駆動され、同様にスイッチ７７が閉時（短絡時）には、電極ｃ，ｈは、同じ電圧同じ極性で同時に駆動される。

図１５（ａ）〜（ｃ）を参照して、第９の実施形態に係る画像表示素子ユニット７１による画像表示について説明する。

図１５（ａ）に示す構成は、複数のセル７２が配置された構成である。配置構成としては、マトリックス配置又は前述した第４の実施形態におけるハニカム構造基板による配置が適用できる。セル７２がマトリックス配置される例について説明する。

この構成例では、回転表示素子７３が凝集しないように区分するために格子状の枠体７８が画像表示側基板７９と透明な対向側基板８０のそれぞれ内面側に設けられている。枠体７８は、回転表示素子７３が隣同士で接したり、移動を防ぐ高さを有しており、前述したセル間の隔離壁として機能する。

画像表示側基板７９上に設けられた枠体７８の内側には、電極ｃ，ｈが設けられる。同様に対向側基板８０上に設けられた枠体７８の内側には、電極ａ，ｇが設けられる。 回転表示素子７３は、少なくとも３色（赤色、青色、緑色）が着色され、青色領域が負電荷リッチ領域とし、赤色領域は負電荷疎薄領域とし、緑色領域は負電荷リッチ領域と負電荷疎薄領域の半々に跨るように配置されている。

図１５（ａ）に示す状態においては、電気泳動駆動部７６から電極ａ，ｇに負の電圧が印加され、電極ｃ，ｈに正の電圧が印加されている。この印加時においては、回転表示素子７３は下面（電極ｃ，ｈ）側に負電荷リッチ領域が向かうように保持される。従って、画像表示側からは画像が表示されていない媒体７４による背景色のグレー色となっている。

この時、スイッチ７５は閉じており、電極ａ，ｇ及び電極ｃ，ｈには、それぞれ等しい電圧が印加されている。図１５（ｂ）に示す状態では、電気泳動駆動部７６から電極ａ，ｇに正の電圧が印加され、電極ｃ，ｈに負の電圧が印加されている。この印加時により、回転表示素子７３は電気泳動して、下面（電極ｃ，ｈ）側から上面（電極ａ，ｇ）側に移動する。その際、負電荷リッチ領域が電極ａ，ｇに向かうように半回転して保持される。従って、画像表示側からは青色領域が見えて、青色の画像となっている。

図１５（ｃ）に示す状態は、回転表示素子７３が電気泳動により上面側に保持された状態で、スイッチ７５が開となり電極ａ，ｇが個別に駆動可能となる。

この時、画像データに基づき選択された幾つかの回転表示素子７３を回転駆動させるために、電極ａには正の電圧が印加され、電極ｇには負の電圧が印加される。この電圧印加により、回転表示素子７３は負電荷リッチ領域が電極ａに向かうように反時計周りに１／４回転する。従って、画像表示側からは青色領域から緑領域に変わり、緑色の画像となっている。また、同様に、選択された幾つかの回転表示素子７３は、スイッチ７５が閉となり電極ａ，ｇに同じ負の電圧が印加される。この電圧印加においては、電気泳動が発生して、下面側に移動しない範囲で、回転表示素子７３に負電荷リッチ領域が電極ｃに向かうように反時計周りで半回転する。この半回転により、画像表示側が緑色領域から赤領域に変わる。従って、画像表示素子ユニット７１が集合した画像画面には、画像データによるカラー色の画像が表示されることとなる。

また、以上説明した各実施形態では、回転表示素子に対して予め帯電させた負（又は正）の電荷リッチな領域を形成して、回転させている例について説明したが、予め回転表示素子に電荷リッチな領域を形成しなくても、回転させることができる。つまり、回転を開始させる直前に、電極に所定の電圧を印加して回転表示素子を帯電させて電荷リッチを形成した後、回転させることもできる。

本発明に係る第１の実施形態としての画像表示装置の基本構造を示す図である。 第１の実施の形態に係わる画像表示素子ユニットを面方向に集積配置した構成例である。 第１の実施の形態に係わる回転表示素子の回転について説明するための概念的な構成を示す図である。 第１の実施の形態に係わる回転表示素子の回転について説明するための概念的な構成を示す図である。 第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第４の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第５の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第６の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第７の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第７の実施形態における画像表示装置の画像表示方法について説明するための図である。 第７の実施形態における画像表示装置の画像表示方法について説明するための図である。 第８の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第９の実施形態に係る画像表示素子ユニットの構造が異なる画像表示装置の構成例を示す図である。 第９の実施形態に係る画像表示素子ユニットによる画像表示について説明するための図である。

符号の説明

１…画像表示素子、２…セル、３…回転表示素子（粒子）、４…媒体、５…電場駆動部、６…画像表示素子ユニット、１１…画像表示装置、２１，２２，２６，２７…隔離壁、２５…回転表示素子、２３…画像表示側基板、２４…対向側基板、３１…画像表示側ハニカム構造基板、３２…対向側ハニカム構造基板、３３，３４…ハニカム枠体、３５ａ，３５ｂ，３８ａ，３８ｂ…辺部、３７…斜面、ａ〜ｆ…電極。

Claims (13)

1. 面方向に展開して配置され、それぞれに格子状に間仕切りされた複数のセルと、
   それぞれの前記セル内に収納される透明な媒体及び、該媒体内に回転可能に収納され、表面に複数色の色領域を有する粒子と、
   それぞれの前記セルの周囲に設けられ、前記粒体を回転させる電場を生成するための複数の電極と、
   前記電極に電圧を印加して前記電場を生成して前記粒体を回転させて、画像表示側に所望する該粒体の色を表示させる電場駆動部と、
   を具備することを特徴とする画像表示素子ユニット。
2. 前記電場駆動部は、直方体形状を成す前記セルの周囲で前記粒子に対して上下面及び両側面の各面に配置される少なくとも４つの前記電極に対して２次元に回転する電場を形成し、該回転する電場に従って前記粒子を回転させることを特徴とする前記請求項１に記載の画像表示素子ユニット
3. 前記電場駆動部は、交流電圧を印加して前記電極間に前記回転する電場を形成することを特徴とする前記請求項１に記載の画像表示素子ユニット。
4. 前記電場駆動部は、前記複数の電極のそれぞれに対して、時間差を設けて電圧をパルス的に印加することにより、前記電極間に前記回転する電場を形成することを特徴とする前記請求項１に記載の画像表示素子ユニット。
5. 前記画像表示素子ユニットにおいて、
   面方向に展開して格子状に間仕切りして配置された複数のセルを１段として、
   複数の段数による階層として構成し、
   最下段のセルから最上段のセルまで各段毎に前記間仕切り位置をずらして配置し、該最上段のセルの画像表示側より該最下段のセル内に収納されている前記粒子が視認可能であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示素子ユニット。
6. 前記画像表示素子ユニットの前記セルの周囲に設けられる前記電極において、
   前記セルの前記画像表示側に対向する電極は、
   着色された修飾電極をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像表示素子ユニット。
7. 透明部材により形成され、一方の面にハニカム構造の第１の枠体が設けられた画像表示側基板と、
   前記画像表示側基板と対向し、前記第１の枠体と対向するようにハニカム構造の第２の枠体が設けられる対向側基板と、
   対向する前記第１の枠体内と前記第２の枠体内により形成されるスペースをセル構造として、前記セル構造内に充填される収納される透明な媒体と、
   前記媒体内に回転可能に収納され、表面に複数色の色領域を有する粒子と、
   前記第１の枠体の辺部と前記第２の枠体の辺部において、前記粒子の略中心を通り、斜め方向で対向する面を有する少なくとも一対２組の辺部内側に設けられる電極と、
   前記一対２組の電極に対して、電圧を印加して前記電場を生成して前記粒体を回転させて、画像表示側に所望する該粒体の色を表示させる電場駆動部と、
   を具備することを特徴とする画像表示素子ユニット。
8. 面方向に展開して配置され、格子状に間仕切りされた複数のセルと、
   それぞれの前記セル内に充填される有色な媒体と、
   前記媒体内に収納され、一部領域に正及び／又は負の電荷が帯電し、表面に複数色の色領域を有する粒子と、
   それぞれの前記セルの周囲の面に設けられ、前記粒体に対して電気泳動又は回転させる電場を生成するための複数の電極と、
   前記電極に電圧を印加して前記電場を生成して前記粒体を電動泳動又は回転させて、画像表示側に所望する該粒体の色を表示させる電気泳動電場駆動部と、
   を具備することを特徴とする画像表示素子ユニット。
9. 前記画像表示素子ユニットの前記セルにおいて、
   前記セルの周囲の面に設けられる前記複数の電極のうち、前記粒体に電動泳動を行うための設けられた電極が前記１つの面内で複数に分割され、該粒体を回転させる際に前記電気泳動電場駆動部により、該電極へ個々に電圧を印加して回転する電場を形成することを特徴とする請求項８に記載の画像表示素子ユニット。
10. 少なくとも一種類以上の表面電荷密度、ゼーター電位、双極子モーメント又は電荷種を有する材料から前記粒子が構成される、又は該材料により形成された膜を粒子外表面に外被することを特徴とする請求項８に記載の画像表示素子ユニット。
11. 前記画像表示素子ユニットの前記セルは、
    透明部材により形成される画像表示側基板と、
    前記画像表示側基板と対向するように配置される対向側基板と、
    前記画像表示側基板の対向面側に間隔をあけて形成される第１の隔離壁と、
    前記対向側基板の対向面側に前記間隔と同じ間隔で、前記間隔の１／２をずれて形成される第２の隔離壁と、で構成され、
    前記画像表示側基板と前記対向側基板を対向させて嵌合した際に、前記第１の隔離壁と前記第２の隔離壁が交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示素子ユニット。
12. 前記画像表示素子ユニットの前記セルは、
    少なくとも一枚以上の透明な部材からなる画像表示側基板と、
    前記画像表示側基板に対して対向するように設けられる、格子構造基板またはハニカム構造を有する基板のいずれかを用いて、構成されることを特徴とする前記請求項１又は前記請求項８に記載の画像表示素子ユニット。
13. 前記画像表示素子ユニットは、
    前記粒子は、該粒子が収納されるセルに隣接するセルへの移動を防止し、前記複数のセル間を格子状に間仕切る隔離壁を具備することを特徴とする前記請求項１又は前記請求項８に記載の画像表示素子ユニット。

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