JP3825135B2

JP3825135B2 - カラーディスプレイ装置

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Publication number: JP3825135B2
Application number: JP11772297A
Authority: JP
Inventors: ケーシェリドンニコラス
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: JPH1074055A; US5808593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的毛管現象を利用したカラーディスプレイシートに関し、より詳細には、互いに間隔をあけて平行に配置された３枚のシートを用いた、電気的毛管現象を利用したディスプレイシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シート状のディスプレイ装置は、ペーパー文書の多くの属性を有する薄いシートを含んでいる。すなわち、かかるディスプレイ装置は、紙のような外観を有し、紙と同様に周囲ライトバルブ特性を有し（すなわち、周辺光が明るくなるほど見えやすくなる）、紙のように可撓性があり、紙のように持ち運びができ、紙と同様に書き込みができ、コピー可能で、紙と同様の記録機能を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電場誘起されるディスプレイシート（装置）を製造する別のアプローチを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のディスプレイ装置は、第１の非導電性シートと、第２の非導電性シートと、前記第１及び第２のシートの間に配置された中間非導電性シートと、前記第１のシートと前記中間シートとの間に位置する第１の密閉通路手段と、前記中間シートと前記第２のシートとの間に位置する第２の密閉通路手段と、前記中間シートはある厚さを有し、この厚さを通って延びるとともに前記各通路手段に開口する少なくとも２つの貯蔵手段を有し、前記第１のシートは、電極手段を有し、前記中間シートは、前記少なくとも２つの貯蔵手段にそれぞれ関連する電極手段を有し、導電性透明液体と、第１の色の液体手段と、第２の色の液体手段と、前記第１の色の液体手段及び第２の色の液体手段は共に非導電性であり、前記少なくとも２つの貯蔵手段の一つは、前記透明液体と前記第１の色の液体手段の一部を保持し、前記第１の色の液体手段の残りは前記第２の密閉通路手段内に位置し、前記少なくとも２つの貯蔵手段の他の一つは、前記透明液体と前記第２の色の液体手段の一部を保持し、前記第２の色の液体手段の残りは前記第２の密閉通路手段内に位置し、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つ内の透明液体に電気的接続を供給する第１の導電手段と、前記第１の導電手段に電力を供給する手段と、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つ内の透明液体に電気的接続を供給する第２の導電手段と、前記第２の導電手段に電力を供給する手段と、前記第１のシートの電極手段と、前記中間シートの電極手段とに電力を供給する手段とを有し、前記第１のシートの電極手段、前記中間シートの電極手段、前記第１の導電手段、及び前記第２の導電手段は、互いに関連して構成及び配置され、前記第１のシートの前記電極手段、前記第２のシートの前記電極手段、及び前記第１の導電手段に電力が供給されると、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つ内の前記透明液体が第１の密閉通路手段に流れ込み、前記第１の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つに移動し、前記第１のシートの前記電極手段、前記第２のシートの前記電極手段、及び前記第２の導電手段に電力が供給されると、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つ内の前記透明液体が第１の密閉通路手段に流れ込み、前記第２の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つに移動し、前記第１のシートの前記電極手段、前記中間シートの前記電極手段、前記第１の導電手段、及び前記第２の導電手段に電力が供給されると、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つ及び前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つ内の前記透明液体がともに第１の密閉通路手段に流れ込み、前記第１の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つに移動し、前記第２の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つに移動することを特徴とする。
【０００５】
すなわち、本発明によれば、第１の透明シート、第２の透明シート、及び第１シートと第２シートの間に設けられた透明中間シートを使用する、電気的毛管現象を利用したカラーディスプレイシートが提供される。これら３枚のシートは、互いに間隔をあけて平行に配置されている。中間シートは、少なくとも２つの液溜め部で構成される液溜め部の組を複数組有する。各液溜め部は、導電性の透明液体と、着色された液体の一部を保持する。着色された液体の残りは、中間シートと第２シートの間の空間に位置する。少なくとも２つの液溜め部からなる各組の各液溜め部は、異なる色に着色された液体を有する。各液溜め部内の透明液体は、個別にアドレス可能な電気的接続を有する。各液溜め部の透明液体に選択的に電圧供給することにより、活性化された液体が中間シートと第１シートの間の空間に流入し、着色液体は対応する液溜め部に戻る。一方、透明液体から電圧を除去すると、透明液体は対応する液溜め部に戻り、着色液体が中間シートと第２シートの間の空間内に戻る。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１には、電気的毛管現象を利用した本発明によるディスプレイシート１０の断面図が示されている。電気的毛管現象を利用したディスプレイシート１０は、ガラスまたはマイラー（商標名）などからなる３枚の透明な絶縁シート１２，１４，１６を含む。これらのシート１２，１４，１６は、互いにほぼ平行に、間隔をあけて配置されている。シート１２と１４のあいだの距離ｄ₁及びシート１４と１６のあいだの距離ｄ₂はいずれも０．００１〜０．０５インチの範囲である。本明細書においては、説明を簡単にするために「電気的毛管現象を利用したディスプレイシート」を単に「ディスプレイシート」とも呼ぶ。
【０００７】
図２には、シート１２，１４，１６の接着方法の一例が示されている。シート１２，１４，１６は互いに適当な間隔で配置され、ディスプレイシート１０の周囲を囲むフレーム１７に接着されている。フレーム１７、及びシート１２、１４、１６がガラスであれば、ガラスフリットを接合表面に塗布し、溶融温度にまで加熱して接着を行ってもよい。また、エポキシまたはその他の接着樹脂を用いて接着を行ってもよい。シート１２、１４、１６がすべてテフロンやマイラーなどのプラスチック材料でできている場合、当該技術分野で周知の方法により、熱溶接で接着してもよい。
【０００８】
フレーム１７がディスプレイシート１０の周囲を囲むように設けられているため、シート１２と１４、及びシート１４と１６の間にそれぞれ形成された空間１３及び１５は密閉される。
【０００９】
再び図１を参照しながら説明する。シート１４に向き合うシート１２の面には複数の電極１８が設けられ、シート１２に向き合うシート１４の面には複数の電極２０が設けられている。これらの電極１８及び２０は、一般的にインジウム酸化錫（ＩＴＯ）または酸化錫などの透明材料から作られなければならない。電極１８及び２０は、正方形または円形など、異なるさまざまな形状から選択することもできるが、電極１８及び２０のいずれもが同一の形状に選択されなければならない。本発明の好適な実施形態においては、電極１８と２０のいずれもが角の丸い正方形である。シート１２の各電極１８は、シート１４上の対応する電極２０と整列している。
【００１０】
図３には、シート１２に設けられた電極１８の部分上面図が示されている。電極１８は、シート１２表面の幅Ｗと長さＬの両方向に沿って平行するラインが形成されるように互いに隣接して配置される。電極１８はｎｘｎの大きさを有し、互いにｄ₃の距離ずつ隔てて配置されている。各電極は画素と同じ大きさなので、ｎの大きさは画素の大きさによって決定する。距離ｄ₃は、０．００１ｎから０．０５ｎの範囲である。
【００１１】
なお、シート１４に設けられた電極２０も、シート１２の電極１８と同一の形状、サイズ、及び配置を有する。
【００１２】
再び図１を参照すると、シート１４は、複数の液溜め部（液体を保有する貯蔵部）２２を有する。液溜め部２２は、好ましくは各電極２０の中心Ｃに、シート１４の厚さＷ₁を通過して延びる穴を形成することにより設けられる。さらに、シート１４には、厚さＷ₁を通過して延びる複数の穴２３が、好ましくはシート１４の隣接する４つの電極２０の間の空間に形成されている。なお、この穴２３は隣接する２つの電極２０の間に位置させることもできる。この穴２３が、密閉された空間１３と１５の間の接続路となる。
【００１３】
シート１２は、シート１４に対向する面に、低表面エネルギー絶縁体層２４を有する。この低表面エネルギー絶縁体層２４は、シート１２の電極１８を覆うように配置され、シート１２の表面全体を覆っている。同様に、シート１４の電極２０上に置かれた低表面エネルギー絶縁体層２６が、液溜め部２２及び穴２３を塞がないように透明シート１４の表面全体を覆っている。低表面エネルギー絶縁体層２４及び２６は、テフロン（デュポン社）またはその他の過フルオロ（過フッ化）（perfluorinated）ポリマーの層であり、シート状の材料をシート１２及び１４に接着させてもよいし、スパッタリングまたは化学蒸着法により蒸着させてもよい。あるいは、ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ社製造のＳｙｌｇａｒｄ１８４などのシリコンエストラマーを用いることもできる。さらには、３Ｍ社により製造されるＦｌｕｏｒａｄＦＣ７２５などの過フルオロ（過フッ化）ポリマーでコートしたパリレン（ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ社の製品）などの層構造を２つ以上用いてもよい。
【００１４】
さらに、蒸着またはスパッタリングした金、プラチナ、インジウム酸化錫またはニッケルなどの材料で作られた複数の高表面エネルギープレート２８が、シート１２の低表面エネルギー絶縁体層２４上において、シート１４の液溜め部２２の上部に対応する領域だけに配置されている。本発明の好適な実施形態においては、高表面エネルギープレート２８の形状は、液溜め部の断面と同一形状、すなわち円形である。
【００１５】
なお、電極１８及び２０、及び低表面エネルギー絶縁体層２４、２６はすべて透明である。高表面エネルギープレート２８も透明でもよい。
【００１６】
液溜め部２２には、水、アルコール、アセトン、ホルムアミド、グリコール、及びこれらまたはその他の適当な液体の混合液など、極性を有する着色液体（polar liquid）ｌ₁が満たされている。
【００１７】
シート１２と１４の間の空間（通路）１３、シート１４と１６の間の空間（通路）１５、及び穴２３には、ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ社の２００シリーズシリコンオイル、Ｅｘｘｏｎ社のＩｓｏｐａｒ、または３Ｍ社のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔなどの低表面エネルギー液ｌ₂が満たされている。これら２種類の液体は混合できない。液体ｌ₂は、透明でもよいし、液体ｌ₁の色と対照的な色に着色してもよい。空間１３、１５及び穴２３を、さらに空気などの気体で満たしてもよい。
【００１８】
導電性の液体は極性を有し一般的には互いに混合できるが、互いに混合しない非導電性液体の種類がある。例えば、３Ｍ社のＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔｓなどは、たいていの炭化水素と混合しない過フッ化炭化水素であり、ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ社のＦＳ−１２６５も炭化水素または上記３ＭＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔｓに溶解しない。
【００１９】
各液溜め部内の着色極性液体ｌ₁は、液溜め部上部に位置する高表面エネルギープレート２８に吸着（adhered）している。高表面エネルギープレート２８は、アドレス電極１８及び２０に隣接した導電液体の位置を維持するだけでなく、導電性液体ｌ₁との電気的接続を提供する手段としても働く。導電性液体ｌ₁との電気的接続を提供するため、「高表面エネルギープレート」を以下「接続プレート」と呼ぶ。
【００２０】
本発明は、「電気的毛管現象」と呼ばれる概念に基づいている。電気的毛管現象は、印加される電場の関数としての表面張力の変化に関し、ＬｌｏｙｄＩ．Ｏｓｉｐｏｗ著「表面化学」（１９６２年、ＲｅｉｎｈｏｌｄＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ．，ＮｅｗＹｏｒｋ）で論じられている。図１に示した構成は、電気的毛管現象の概念に関する効果を用いて１領域から別の領域へ着色極性液体ｌ₁を移動するよう設計したものである。
【００２１】
本発明の開示された実施形態を理解するためには、電気的毛管現象の概念を理解することが必要である。図４には、２種類の異なる液体の同一体積の滴ａ及びｂが表面３２上に示されている。図４に示されるように、滴ｂは表面上に広がり、一方、滴ａはほぼ球状を維持している。この結果、滴ｂは、滴ａが表面上に占める表面面積Ｓ₂より大きい表面面積Ｓ₁を有する。これら２つの液体の表面面積が異なるのは、各液体が表面に対して特定のエネルギー関係を有する結果、所与の表面に対して特定の接触角度を有するようになるためである。液体と表面との間の相互作用エネルギーが小さいほど、接触角度は大きくなり、表面面積が小さくなる。
【００２２】
図５において、接触角度αは、ある表面上の平面３４と液体滴３８の接線３６との間の角度である。所与の表面に対する各液体の接触角度は、例えば表面張力など、その液体の特性と、例えば表面エネルギーなどの所与の表面の特性によって決定する。
【００２３】
図６には、図４に示した２つの滴ａ及びｂと、それぞれの接触角度α₁及びα₂が示される。滴ｂなどの液体は鋭接触角α₂を有し、その結果液体の滴は大きい表面部分Ｓ₁を占める。一方、滴ａの液体などは接触角度が鈍角で、滴ｂと同一体積の場合、鋭角の接触角度を有する液体の表面領域Ｓ₁に比べてはるかに小さい表面面積Ｓ₂を有する。
【００２４】
図７には、段が形成されるように互いに平行に間隔をあけて配置された２枚のプレート４０及び４２が示されている。詳細な実験の結果、この段によって形成される角部４４に置かれた接触角度が約９５度以下の液体滴は、２枚の平行なプレート４０と４２のあいだの空間４６に広がることがわかった。一方、図８に示すように、接触角度が約９５度の液体滴を角部４４に置いた場合には、この滴は広がらない。
【００２５】
さらに、図９に示すように、絶縁薄膜表面４８に置かれた滴ｃと、（この表面４８の下部に直接位置する）電極４９とのあいだに電圧Ｖを印加することにより電場が生成され、これにより接触角度を変化させることができる。すなわち、液体に印加する電圧によって接触角度を所望の角度に修正できることが詳細な実験により判明した。
【００２６】
図９においては、左から順に、電圧Ｖの印加前、電圧Ｖの印加時、及び電圧Ｖの除去後の滴ｃの様子がそれぞれ示されている。図９からわかるように、電圧Ｖの印加前には、滴ｃはほぼ球状を維持し、鈍角α₃を有する。電圧Ｖを印加すると、滴ｃの接触角度が鋭角α₄に変化し、その結果滴は広がる。この電圧Ｖを除去すると、滴ｃの接触角度は元の鈍角α₃に戻り、滴は再び球状に近くなる。
【００２７】
ここで、たとえ電圧をオフしても、滴及び電極内には電荷が残るために滴は広がった状態を維持する。しかしながら、滴及び電極が放電すれば、液体は盛り上がる。そこで、本明細書中では「電場が除去される」とは、「液体と、対応する電極及び液体との電気接続手段が放電する」ことを意味することとする。
【００２８】
接触角度を鈍角α₃から鋭角α₄に修正することによって、滴ｃは元の表面面積Ｓ₄（電場の供給前に滴が占有する表面）より大きい表面面積Ｓ₃を占めるようになる。電圧を除去すると、滴ｃはもとの形状及び元の表面面積Ｓ₄に戻る。導電体を被膜するシリコンエストラマーなどの表面上に置かれた水や水銀などの液体に電圧Ｖを印加することにより、液体の表面面積は１０倍増加することが実験により示された。さらに、テフロンコートしたパリレンなどの表面を使用した場合、水または水銀の表面面積を２０倍から３０倍も増加させることができる。
【００２９】
本発明では、電圧の印加によって液体の表面面積を増加させるというこの概念を利用して、着色液体の表面面積が、要望に応じて表面を満たすよう拡大される。
【００３０】
本発明の好適な実施形態においては、低表面エネルギー絶縁体層に対する着色極性液体１₁の接触角度は９０度以上に選択されている。第１の液体の表面に対する接触角度は、表面張力がより低く、第１の液体と混合しない第２の液体が存在する場合に大幅に増大する。図１０及び図１１にこの現象を示す。
【００３１】
図１０において、液体の滴ｄが表面５０に置かれている。この滴ｄは周囲を空気に覆われ、接触角度α₅を有する。一方、図１１では、図１０の滴ｄと同一の滴ｄ’が、別の液体５４に周囲を覆われ、図１０の表面５０と同一の表面５０’上に置かれている。図１１からわかるように、液体５４の作用により滴ｄ’は、鈍角α₆を有している。この効果を利用することにより、本発明の実施に非常に有用な極性液体と低エネルギー表面との組み合わせの数を大幅に増加させることができる。
【００３２】
再び図１に戻り、作用について説明する。個々の電圧源が設けられ、電極１８と２０の各組及び対応する液体ｌ₁に接続プレート２８を介して電圧Ｖが供給される。図を簡略化するために、図１においては、電圧Ｖと、電極１８，２０の一組及び対応する接続プレート２８との接続のみが示されているが、実際には、電極１８，２０の各組及びこれに対応する各接続プレート２８に、個別にアドレス可能な電場が供給される。電極１８と２０、及び対応する接続プレート２８に個別の電圧Ｖが供給されると、電極１８と２０のあいだ及びその対応する接続プレート２８に電場が生成される（すなわち、電極１８と２０が活性化される）。
【００３３】
電圧Ｖは、ＤＣでもＡＣでもよい。ＤＣ電圧Ｖの場合、電極１８と２０が電圧Ｖの同じ極に接続され、接続プレート２８は電圧Ｖの反対の極に接続される。したがって、接続プレート２８を介して電気的に接続される液体ｌ₁は電極１８及び２０と逆の極性を有する。
【００３４】
実際の作用について説明する。電圧Ｖが供給されると、低表面エネルギー絶縁体層２４及び２６に対する極性液体ｌ₁の接触角度が減少する。ここで、低表面エネルギー絶縁体層２４及び２６は、それぞれ電極１８と２０を覆うように設けられている。したがって、この低表面エネルギー絶縁体層２４及び２６の下部に直接設けられた電極１８及び２０の極性と反対の極性により、極性液体ｌ₁の接触角度が減少する。このように接触角度が減少することにより、極性液体ｌ₁は、シート１２と１４とのあいだの空間に流入する。
【００３５】
着色極性液体ｌ₁は、電極１８及び２０の外周囲範囲内でのみ空間１３を占有する。すなわち、拡張する液体ｌ₁が電極１８及び２０に近づくにつれ、この液体ｌ₁と電極１８及び２０とのあいだの電場の強さは弱まり、低表面エネルギー絶縁体層２４及び２６の表面に対する液体ｌ₁の接触角度が増加する。このような接触角度の増加により、液体のさらなる拡張は抑制される。
【００３６】
液体ｌ₁が空間１３に移動すると、空間１３、穴２３及び空間１５内の液体ｌ₂が、空間１５内の開口部から液溜め部２２に移動して流れ込み、液体ｌ₁と液体ｌ₂の平均が保たれる。
【００３７】
電圧が供給されると、着色された極性液体ｌ₁が電極１８と２０の間の領域を覆い、この結果、電極１８と２０との間の領域はカラー画素またはカラー副画素の領域として映る。そして、電圧Ｖにより生成される電場を除去することにより、低表面エネルギー絶縁体層２４及び２６の表面に対する液体ｌ₁の接触角度が増大し、着色極性液体ｌ₁は液溜め部に後退し、ここで、接続プレート２８を濡らしてこれだけに吸着される。電場が除去されると、着色極性液体がこのように液溜め部に後退するため、電極の下部に位置する領域は透明な領域として見える。ここで、液溜め部の直径及び高エネルギー接続プレート２８の直径は小さく、液溜め部２２内部の着色極性液体ｌ₁が見えない程度である。このように、適当な電場の供給及び除去によって、ディスプレイシート１０に像を表示することができる。
【００３８】
なお、液体を液溜め部から移動させるために十分な電場の生成に必要な電圧は、５ボルトから３００ボルトの範囲である。
【００３９】
常に像を表示するためには、ディスプレイシート１０にアドレス電圧Ｖのパターンを常時供給する必要がある。かかる保持電圧パターンは、アクティブマトリクスアドレス回路によって供給できる。
【００４０】
本発明の電気的毛管現象ディスプレイシート１０を紙のように利用するためには、ディスプレイシート１０の底部表面６０を極性液体ｌ₁と対照的な色の材料でコートするか、底部表面６０をかかる表面に接触させるかしなければならない。底部表面６０に明るい色を選択し、着色極性液体を暗い色にした場合、電場を供給すると、電極１８及び２０は、その大きさに対応する暗い色の画素として現れ、電場を除去すると透明な画素として現れる。例えば、極性液体ｌ₁が黒で着色され、表面６０が白でコートされている場合、電場を供給された電極１８及び２０は、白い背景に黒く現れる。一方、電場が除去されると、透明な電極１８及び２０を通して白い背景が見えるので、電極１８及び２０は白く見える。これが物理的には白い用紙上の黒いインクとして映る。
【００４１】
なお、液溜め部の大きさは、画素の面積の０．１％から１０％という非常に小さいものなので、液溜め部内のインクは実質的に目に見えない。
【００４２】
さらに、本発明のディスプレイシート１０は、プロジェクタに設置してディスプレイシート１０上の像をスクリーンに投射するための透明ディスプレイとしても利用できる。よって、スクリーン上には電場を供給された電極１８及び２０の映写された像だけが、電極の大きさに応じて暗い色の画素または副画素として現れる。電場が除去されると、電極は透明に現れ、これらの電極を通過する光がスクリーン上に明るい像を形成する。
【００４３】
図１２には、電気的毛管現象を利用した本発明によるさらに別のディスプレイシート８０が示されている。図１２において、素子８２，８３，８４，８５，８６，８８，９０，９２，９３，９４，９６，９８，ｌ₃及びｌ₄は、それぞれ図１の素子１２，１３，１４，１５，１６，１８，２０，２２，２３，２４，２６，２８，ｌ₁及びｌ₂と同一であり、同じ目的を有している。図１２においては、接続プレート９８は液体ｌ₃に電気的接続を供給するためではなく、液体ｌ₃が上昇してプレート９８に接着するように液溜め部の上部に置かれている。図１２では、接続プレート９８の代わりに導電性コート７２が、メッキ法または他の既知の方法によって液溜め部９２の壁に設けられ、液体ｌ₃に電気的な接続を供給している。
【００４４】
図１２においては、電極８８と９０、さらに導電性コート７２を介して対応する液体ｌ₃に電圧Ｖ₁が供給されている。電極８８と９０は電圧Ｖ₁の同じ極に接続され、一方、液体ｌ₃を電気的に接続する導電性コート７２は電圧Ｖ₁の反対の極に接続されている。
【００４５】
図１３には、電気的毛管現象を利用した本発明によるさらに別のディスプレイシート１００が示されている。図１３において、素子１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０８，１００，１１２，１１３，１１４，１１６，１１８，及びｌ₅は、それぞれ図１の素子１２，１３，１４，１５，１６，１８，２０，２２，２３，２４，２６，２８，ｌ₂と同一であり、同じ目的を有している。ディスプレイシート１００では、図１の液体ｌ₁に代わって２種類の液体ｌ_aおよびｌ_bが用いられている。液体ｌ_aは透明な導電性液体であり、液体ｌ_bは着色された非導電性の液体である。また、液体ｌ₅，ｌ_a及びｌ_bはいずれも互いに混合しない。液体ｌ_bは、液体ｌ_aが空間１０３の電極１０８と１１０の間に直接接する領域、及び液溜め部１１２の一部に流れ込むと、液体ｌ_bが液溜め部１１２に完全に戻るように液体ｌ_aの下部に置かれている。
【００４６】
作用について説明する。電極１０８と１１０及び接続プレート１１８に電圧Ｖ₂が印加されると、接続プレート１１８に接触する導電性液体ｌ_aが空間１０３内に広がり、電極１０８と１１０の間の空間を満たす。液体ｌ_aが液溜め部１１２から流出すると、液体ｌ_bが液溜め部１１２に流れ込む。このとき、液体ｌ₅は、空間１２０（空間１０５内の電極１０８及び１１０の真下の領域）を満たす。電圧Ｖ₂を除去すると、液体ｌａは液溜め部１１２に戻り、この結果、液体ｌ_bは液溜め部１１２から流出して再び空間１２０を満たし、ここから液体ｌ₅を押し出す。
【００４７】
このディスプレイシート１００を底部表面１２４から見ると、電圧Ｖ₂が除去された場合には空間１２０内部に着色された液体ｌ_bが見える。従って、空間１２０は、液体ｌ_bの色の画素に見える。一方、電圧Ｖ₂を供給すると、液体ｌ_bは液溜め部１１２に後退し、透明な液体ｌ₅が空間１２０に流れ込む。この結果、空間１２０は透明な画素として映る。
【００４８】
このように、図１３のディスプレイシート１００では、供給電圧Ｖ₂によって生成される電場が除去されると画素が生成され、電圧Ｖ₂によって電場が生成されると画素が見えなくなる。これとは対照的に、図１に示したディスプレイシート１０では、供給電圧Ｖによって電場が生成されると画素が生成され、電圧Ｖによって生成される電場が除去されると画素が見えなくなる。
【００４９】
図１３に示したディスプレイシート１００はフルカラー画像を表示できるように修正が可能である。図１４には、電気的毛管現象を利用した本発明によるカラーディスプレイシート１８０の一部上面図が示されている。このアプローチでは、電極１８８の大きさは画素の大きさと同じである。
【００５０】
図１５は、図１４に開示された実施形態を線Ａ−Ａから見た拡大断面図である。図１５において、素子１８２，１８３，１８５，１８６，１８８，１９４及びｌ₆は、図１３の素子１０２，１０３，１０５，１０６，１０８，１１４及びｌ₅とそれぞれ同一で同じ目的を有する。また、図１５の層１８４、電極１９０及び層１９６は、各電極１９０に対し、層１８４、電極１９０及び層１９６内に３つの液溜め部２００，２０２，２０４が設けられている点を除き、図１３の層１０４、電極１１０及び層１１６と同じである。なお、図１５の断面図では液溜め部２０２は見えないので鎖線で示してある。
【００５１】
カラーディスプレイシート１８０は、図１３のディスプレイシート１００で用いたアプローチを使用している。すなわち、図１５においては、各液溜め部は、透明な導電性液体と着色された非導電性液体の２種類を含んでいる。図１５では、液溜め部２００は、透明な導電性液体ｌ_Cと着色された導電性液体ｌ_Rを含んでいる。液体ｌ_Rは、その一部が液溜め部２００に含まれ、一部が空間２２０（空間１８５内部における電極１８８と１９０の周面内に位置する領域）に含まれる。同様に、液溜め部２０２と２０４のそれぞれが、透明な導電性液体ｌ_Cと、着色された非導電性液体ｌ_B及びｌ_Gを含む。インクｌ_R、ｌ_B、ｌ_Gは互いに混合しない。
【００５２】
ここで、ｌ_R、ｌ_B、およびｌ_GのＲ、Ｂ、Ｇは、レッド（赤）、ブルー（青）、グリーン（緑）を表している。また、各画素のいずれの液溜め部がこれら３種類のいずれの液体を保持してもよく、液溜め部にこれらの異なるカラーインクを配置する順序は問題にならない。
【００５３】
各液溜め部２００、２０２、２０４は、個々の接続プレート２０６、２０８、２１０をそれぞれ有し、各インク溜め部内の透明液体ｌ_Cは、そのインク溜め部の接続プレートに接触している。例えば、インク溜め部２００内の透明液体ｌ_Cは、接続プレート２０６に接触している。各インク溜め部内の透明液体を活性化させるために、電極１８８及び１９０が電力供給源の一方の極に接続され、接続プレート２０６、２０８、２１０のそれぞれが、個別にアドレス可能なスイッチＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃を介して電力供給源の反対の極に接続されている。いずれかのスイッチが閉じられると、電極１８８と１９０、対応する接続プレート、及び対応するインク溜め部内の透明液体に電場が供給される。
【００５４】
図１５において、接続プレート２０６、２０８、２１０のいずれかに電気が供給されるごとに、透明液体ｌ_Cが空間（空間１８３における電極１８８と１９０の間の空間）に流れ込む。この結果、例えばｌ_Rなどの各着色液体が対応するインク溜め部２００などに移動する。
【００５５】
したがって、図１５に示したカラーディスプレイシート１８０では、接続プレートの非通電時には、３種類の着色インクｌ_R、ｌ_B、ｌ_Gすべての大部分が空間２２０に位置し、シート１８０の底部からはカラー画素が見える。一方、接続プレート２０６、２０８、２１０のいずれかに電圧が供給されると、各着色液体が各インク溜め部に移動するため、その着色液体は空間２２０から除かれる。図１５においては、すべての接続プレートに電圧が供給されると、すべての着色液体ｌ_R、ｌ_B、ｌ_Gが空間２２０から取り除かれ、透明液体ｌ６が空間２２０に移動するため、シート１８０の底部からは透明な画素が見える。
【００５６】
図１５において、インクｌ_R、ｌ_B、ｌ_Gは非導電性で混合不可であるため、互いに混ざり合うことはない。
【００５７】
なお、本明細書では、色つきの液体を「着色液体（pigmented liquid）」と呼んだが、本発明で開示される着色液体の代わりに染色液体（dyed liquids）を使用することもできる。
【００５８】
さらに、本発明による電気的毛管現象を利用したカラーディスプレイシートにおいては、レッド、ブルー、グリーンの液体に代えて、色のスペクトルを生成する任意の３補色を使用することもできる。
【００５９】
また、本発明の特許請求の真の範囲を越えることなく、構成の詳細、素子の組み合わせや配置、及び材料における数多くの変更が可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気的毛管現象を利用したシート状のカラーディスプレイ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気的毛管現象を利用したディスプレイシートの断面図である。
【図２】図１に示した異なるシートを接着する方法の一例を示す図である。
【図３】図１に示した電気的毛管現象を利用したディスプレイシートの部分上面図である。
【図４】ある表面上に位置する異なる２種類の液体の同一体積の２つの滴ａ及びｂを示す図である。
【図５】表面に対する液体の滴の接触角度を示す図である。
【図６】図４に示した２つの滴ａ及びｂと、それぞれの接触角度α₁及びα₂を示す図である。
【図７】平行する２枚の板によって形成された空間に広がる液体の滴を示す図である。
【図８】平行する２枚の板によって形成された空間に広がらない液体の滴を示す図である。
【図９】液体の滴に電圧を供給することにより滴の接触角度を変えられることを示す図である。
【図１０】周囲を空気で囲まれ、鋭接触角を有する滴を示す図である。
【図１１】図１０と同一の滴が別の液体に周囲を囲まれ、鈍接触角を有することを示す図である。
【図１２】電気的毛管現象を利用した、本発明の別のディスプレイシートを示す図である。
【図１３】電気的毛管現象を利用した、本発明のさらに別のディスプレイシートを示す図である。
【図１４】本発明による、電気的毛管現象を利用したディスプレイシートの部分上面図である。
【図１５】図１４に示すディスプレイシートを線Ａ−Ａから見た実施形態の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ディスプレイシート、１２，１４，１６絶縁シート、１３，１５密閉空間、１８，２０電極、２２液溜め（貯蔵）部、２３穴、２４，２６低表面エネルギー絶縁体層、２８高表面エネルギープレート（接続プレート）。

Claims

第１の非導電性シートと、
第２の非導電性シートと、
前記第１及び第２のシートの間に配置された中間非導電性シートと、
前記第１のシートと前記中間シートとの間に位置する第１の密閉通路手段と、
前記中間シートと前記第２のシートとの間に位置する第２の密閉通路手段と、
前記中間シートはある厚さを有し、この厚さを通って延びるとともに前記各通路手段に開口する少なくとも２つの貯蔵手段を有し、
前記第１のシートは、電極手段を有し、
前記中間シートは、前記少なくとも２つの貯蔵手段にそれぞれ関連する電極手段を有し、
導電性透明液体と、
第１の色の液体手段と、
第２の色の液体手段と、
前記第１の色の液体手段及び第２の色の液体手段は共に非導電性であり、
前記少なくとも２つの貯蔵手段の一つは、前記透明液体と前記第１の色の液体手段の一部を保持し、前記第１の色の液体手段の残りは前記第２の密閉通路手段内に位置し、前記少なくとも２つの貯蔵手段の他の一つは、前記透明液体と前記第２の色の液体手段の一部を保持し、前記第２の色の液体手段の残りは前記第２の密閉通路手段内に位置し、
前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つ内の透明液体に電気的接続を供給する第１の導電手段と、
前記第１の導電手段に電力を供給する手段と、
前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つ内の透明液体に電気的接続を供給する第２の導電手段と、
前記第２の導電手段に電力を供給する手段と、
前記第１のシートの電極手段と、前記中間シートの電極手段とに電力を供給する手段と、
を有し、前記第１のシートの電極手段、前記中間シートの電極手段、前記第１の導電手段、及び前記第２の導電手段は、互いに関連して構成及び配置され、前記第１のシートの前記電極手段、前記第２のシートの前記電極手段、及び前記第１の導電手段に電力が供給されると、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つ内の前記透明液体が第１の密閉通路手段に流れ込み、前記第１の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つに移動し、前記第１のシートの前記電極手段、前記第２のシートの前記電極手段、及び前記第２の導電手段に電力が供給されると、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つ内の前記透明液体が第１の密閉通路手段に流れ込み、前記第２の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つに移動し、前記第１のシートの前記電極手段、前記中間シートの前記電極手段、前記第１の導電手段、及び前記第２の導電手段に電力が供給されると、前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つ及び前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つ内の前記透明液体がともに第１の密閉通路手段に流れ込み、前記第１の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記一つに移動し、前記第２の色の液体手段が前記第２の密閉通路手段から前記少なくとも２つの貯蔵手段の前記他の一つに移動することを特徴とするカラーディスプレイ装置。