JP4691969B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液体を電極間で移動させて表示を行なう表示装置に関する。

液体を電極間で移動させて表示を行なう従来の表示装置には、１画素を構成する容器内に着色液体（誘電体）および気泡を封入し、容器の一方側の外面に互いに対向して設けられた一対の第１の電極に電圧が印加されると、静電力により、着色液体を容器内の一方側に移動させるとともに、気泡を容器内の他方側に移動させ、容器の他方側の外面に互いに対向して設けられた一対の第２の電極に電圧が印加されると、静電力により、着色液体を容器内の他方側に移動させるとともに、気泡を容器内の一方側に移動させ、容器の一方側のみを視認可能な画素とすることにより、表示を行なうようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２５４９６２号公報

ところで、上記従来の表示装置では、着色液体を用い着色液体の色を表示色の一つとしている。しかるに、着色液体は、液体に顔料または染料を混入させて色を付加させたものである場合が多いので、液体に顔料または染料を混入させると、その物性（粘性、表面張力、誘電率など）が変化してしまうため、着色液体の種類によっては、表示装置として望まれる応答速度などを得ることができない場合が生じるおそれがあるという問題がある。また、液体として、顔料または染料を混入させることができないもの、例えばフッ素系不活性液体（米国３Ｍ社製フロリナート）は用いることができないという問題がある。

そこで、この発明は、液体が有色、無色であるかに関わらず互いに異なる複数の表示色を変化させることができる表示装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、表示面を有し、画素単位に区切られた空間を形成する空間形成体と、前記空間形成体に選択的に電場を形成する電場形成手段と、前記空間形成体の空間内の一部に充填され、前記電場形成手段により形成される電場による力の作用にしたがって移動する液体と、前記空間形成体内の一部に設けられ、前記液体と接触しているときと接触していないときとで光の干渉による前記表示面での色の色度を変化させる光干渉用薄膜とを備えることを特徴とするものである。

この発明によれば、空間形成体内の一部に設けられた光干渉用薄膜が透明な液体と接触しているときと接触していないときとで光の干渉による表示面での色の色度を変化させるので、光干渉用薄膜が液体と接触しているか否かで表示色を変化させることができ、したがって液体が有色、無色であるかに関わらず互いに異なる複数の表示色を変化させることができる。

（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を示す断面図である。この表示装置は、表示面１０１を有し、画素単位に区切られた空間を形成する空間形成体１、空間形成体１内の１画素に対応する空間を２つの空間１７、１８に区切る中間層形成体１１、２つの空間１７、１８のうちのいずれか一方の空間内に設けられた無色透明な液体１９などを備えている。

空間形成体１は、ガラスや樹脂などの無色透明な材料からなる表面側透明板２および裏面側（透明）板３を備えている。表面側透明板２の内面にはＩＴＯなどからなる第１の電極板４および酸化シリコンなどからなる絶縁膜５が設けられている。裏面側（透明）板３の内面にはＩＴＯなどからなる第２の電極板６および酸化シリコンなどからなる絶縁膜７が設けられている。

中間層形成体１１は、導電性薄板からなる第３の電極板１２の表面に透明または半透明で高屈折率の材料からなる光干渉用薄膜１３が設けられ、第３の電極板１２の裏面に酸化シリコンなどからなる絶縁膜１４が設けられ、それらの中央部に液体移動用孔１５が設けられた構造となっている。この場合、液体移動用孔１５の形状は、円形状、正方形状、長方形状などのいずれであってもよい。第３の電極板１２および光干渉用薄膜１３の具体的な材料としては、チタン薄板およびその表面に形成された酸化チタン薄膜、アルミニウム薄板およびその表面に形成された酸化アルミニウム薄膜などが挙げられる。また、第１〜第３の電極板には図示しない駆動回路が接続されており、後述する条件で電圧が印加され、電場形成を行う。

そして、表面側透明板２下の絶縁膜５と裏面側（透明）板３上の絶縁膜７とは、その間の周囲に配置されたエポキシ系樹脂などからなる方形枠状の側壁１６（表面側側壁１６ａおよび裏面側側壁１６ｂ）を介して、互いに貼り合わされている。この状態では、第１〜第３の電極板４、６、１２は、互いに平行となるように配置されている。

つまり、空間形成体１は、主として、表面側透明板２下の絶縁膜５、裏面側（透明）板３上の絶縁膜７および側壁１６（表面側側壁１６ａおよび裏面側側壁１６ｂ）によって囲まれた空間によって画素単位に区切られた空間を形成する構造となっており、この空間形成体１の１画素に対応する空間は、液体移動用孔１５を有する中間層形成体１１によって２つの空間１７、１８に区切られている。

すなわち、表面側透明板２下の絶縁膜５、中間層形成体１１の光干渉用薄膜１３および表面側側壁１６ａによって囲まれた空間によって表面側空間１７が形成され、裏面側（透明）板３上の絶縁膜７、中間層形成体１１の絶縁膜１４および裏面側側壁１６ｂによって囲まれた空間によって裏面側空間１８が形成され、両空間１７、１８は液体移動用孔１５を介して連通されている。

この場合、表面側空間１７の容積と裏面側空間１８の容積とはほぼ同じとなっている。すなわち、表面側透明板２下の絶縁膜５と中間層形成体１１の光干渉用薄膜１３との間隔と、裏面側（透明）板３上の絶縁膜７と中間層形成体１１の絶縁膜１４との間隔とは、ほぼ同じとなっている。そして、図１に示す後述する一の色表示状態では、裏面側空間１８内および液体移動用孔１５内に無色透明なエタノールや水などの液状誘電体からなる液体１９が満たされ、表面側空間１７内に空気が満たされている。なお、表面側空間１７と裏面側空間１８の平面形状は多少異なっていても、その容積がほぼ同じであればよい。

次に、この表示装置の表示動作について簡単に説明する（詳細は後述する）。図１に示す状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２に第１の条件で電圧が印加されると、電場による力により、裏面側空間１８内にある液体（誘電体）１９は液体移動用孔１５を介して表面側空間１７内に移動し、図２に示すように、表面側空間１７内および液体移動用孔１５内に液体１９が満たされ、裏面側空間１８内に空気が満たされる。

一方、図２に示す状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２に第２の条件で電圧が印加されると、電場による力により、表面側空間１７内にある液体１９は液体移動用孔１５を介して裏面側空間１８内に移動し、図１に示すように、裏面側空間１８内および液体移動用孔１５内に液体１９が満たされ、表面側空間１７内に空気が満たされる。

そして、図１に示す状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４および絶縁膜５を透過して光干渉用薄膜１３に入射されると、光干渉用薄膜１３の表面で後述の如く比較的大きく反射された反射光と、光干渉用薄膜１３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射され、後述の如く一の色表示となる。

一方、図２に示す状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４、絶縁膜５および無色透明な液体１９を透過して光干渉用薄膜１３に入射されると、光干渉用薄膜１３の表面で後述の如く比較的小さく反射された反射光と、光干渉用薄膜１３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射され、後述の如く他の色表示となる。

ここで、光の干渉は、入射光の表面での反射光と裏面での反射光との間の光路差に起因して生じる現象である。光干渉用薄膜１３は入射光がその表面で反射される反射光と、自身を透過してその裏面で反射され、再び表面から出射される反射光との光路差に対応する特定波長の光を強めて色度座標を変化させる作用を持つ。そして、図１に示す状態では、光干渉用薄膜１３の表面が空気と接触しているため、光干渉用薄膜１３の屈折率（酸化チタンの場合約２．４）と空気の屈折率（約１．０）との差が約１．４と比較的大きく、光干渉用薄膜１３の表面での反射光は比較的大きくなり、干渉色が見えやすい状態となる。

一方、図２に示す状態では、光干渉用薄膜１３の表面が液体１９と接触しているため、光干渉用薄膜１３の屈折率（酸化チタンの場合約２．４）と液体１９の屈折率（エタノールの場合約１．４）との差が約１．０と比較的小さく、光干渉用薄膜１３の表面での反射光は比較的小さくなり、干渉色が見えにくい状態となる。

そして、光干渉用薄膜１３を厚さ０．０８〜０．１μｍの半透明な酸化チタン薄膜によって形成し、液体１９としてエタノールを用い、空間１７、１８の厚さを０．１〜０．５ｍｍとしたところ、図１に示す状態では、色度座標（０．３２、０．３４）の一の色表示となり、図２に示す状態では、色度座標（０．４５、０．５３）の他の色表示となった。

以上のように、この表示装置では、図１に示すように、中間層形成体１１の表面側に設けられた光干渉用薄膜１３が無色透明な液体１９と接触していないとき、色度座標（０．３２、０．３４）の一の色表示となり、図２に示すように、光干渉用薄膜１３が無色透明な液体１９と接触しているとき、色度座標（０．４５、０．５３）の他の色表示となり、光の干渉による表示面１０１での色の色度を変化させるので、光干渉用薄膜１３が無色透明な液体１９と接触しているか否かで表示色を変化させることができ、したがって無色透明な液体１９を用いて表示色を変化させることができる。

また、この表示装置では、液体１９として、無色透明なエタノールや水などを用いることができ、着色する必要がないので、顔料または染料によるその物性（粘性、表面張力、誘電率など）が変化することがなく、表示装置として望まれる応答速度などを得やすくなる。また、液体１９として、顔料または染料を混入させることができないもの、例えばフッ素系不活性液体（米国３Ｍ社製フロリナート）でも用いることができる。

ところで、上記従来の表示装置では、容器の一方側の表面側とは反対側を白色で不透明とし、容器内の一方側に気泡があるとき、白色表示とし、容器内の一方側に着色液体があるとき、着色液体の色自体による色表示としているので、着色液体の色自体による色表示を行なうとき、着色液体の層厚が薄いと、背景の白色がある程度見えるため、背景の白色が見えないようにするには、着色液体の層厚をある程度厚くしなければならない。

これに対し、この表示装置では、中間層形成体１１の表面側に設けられた光干渉用薄膜１３が無色透明な液体１９と接触しているか否かで表示色を変化させることができるので、表面側空間１７内に満たされた液体１９の層厚を可及的に薄くすることができ、装置全体として薄型化することができる。

次に、この表示装置における電場による力での表示動作について、詳細に説明する。誘電体である液体１９は、電場がかかると分極する。分極した液体１９にかかっている電場が一様でない（空間的に変化している）ところでは、液体１９はその分極の向きと電場成分の偏微分との関係に応じて電場から力を受ける。液体１９の各部分が受ける力の大きさと向きは、液体１９の各部分の分極を双極子モーメントで近似し、各双極子モーメントの成分とそれぞれの双極子の位置での電場成分の偏微分とから考察することができる。

双極子が受ける力Ｆは、双極子モーメントをＰ、電場をＥとしたとき、次の式（１）から求められる。ただし、Ｐ、Ｅ、Ｆはベクトル、▽はナブラである。
Ｆ＝（Ｐ・▽）Ｅ……（１）

この双極子が受ける力Ｆは、電場強度の２乗の勾配の大きいところで大きくなる。このため、表面側空間１７、裏面側空間１８、液体移動用孔１５内に適切な電場（電位の変化）を作り出すことで、液体１９を表面側空間１７から裏面側空間１８へあるいは裏面側空間１８から表面側空間１７へと移動させる主たる動力が得られる。

図３は、上記第１実施形態の表示装置において、第２の電極板６と第３の電極板１２の電圧を０Ｖとし、第１の電極板４に例えば１０Ｖの正電圧を印加した場合の画素内空間の電位分布イメージを示す図である。この電位分布イメージ図は、画素内空間断面の各点での電位を３次元的に表現した図である。

画素内空間断面の各点での電位は上方向の高さで表され、３次元の図の底面を構成する辺のうち、図示手前側の長辺（横軸）が第２の電極板６に対応する位置であり、当該軸上での電位は０Ｖとなり、図示奥側にあるこれと平行な長辺（横軸）が第１の電極板４に対応する位置であり、当該軸上での電位は１０Ｖとなる。すなわち、この２つの長辺に直交する短辺に沿う方向に、奥側が表面側空間１７の電位、手前側が裏面側空間１８の電位、その半分あたりのところが中間層形成体１１の電位となる。

第１、第２の電極板５、７のそれぞれの軸方向の座標は図１の左右方向の座標に対応しており、軸方向の中央の座標は液体移動用孔１５の位置に対応している。表面側空間１７では、第１の電極板４の１０Ｖから第３の電極板１２の０Ｖ近くへと電位が急激に変化するが、液体移動用孔１５の位置に対応した中央付近の上層部分では、電位がそれよりも緩やかに変化し、下層部分でさらになだらかに変化して第２の電極板６で０Ｖとなる。そして、液体移動用孔１５の下方あたりを除く裏面側空間１８の電位はどこもほぼ０Ｖである。

図４は、図３で示した画素内空間の電位分布イメージに対応する電場分布イメージを示す図である。電場については、電位の傾きから求めることができる。図４に示す３次元の電場分布イメージ図では、上方向の高さが電場の強さ（大きさ・絶対値）を表すもので、第１の電極板４側の表面側空間１７の電場は非常に強いが、第２の電極板６側の裏面側空間１８の電場は非常に弱いことが分かる。

表面側空間１７において、第１の電極板４と第３の電極板１２との電位差による電場が支配的であるが、液体移動用孔１５に対応する部分には第３の電極板１２がないために、第１の電極板４と第２の電極板６との電位差による電場の作用が生じている。このため、表面側空間１７に対応する電場同士を比べると、液体移動用孔１５の上あたりの電場はそれ以外の電場よりも弱い。液体移動用孔１５の上下方向に対応した電場については、表面側空間１７、液体移動用孔１５内、裏面側空間１８と下に行くほど電場は弱くなる。

裏面側空間１８において、第３の電極板１２と第２の電極板６との電位差による電場が支配的であるが、液体移動用孔１５に対応する部分では第１の電極板４と第２の電極板６との電位差による電場の作用が生じている。このため、液体移動用孔１５の下から外側に行くほど電場は弱くなり、液体移動用孔１５から十分離れた中間層形成体１１の下では電場はほとんどない。

すなわち、図１に示すように、液体１９がすべて裏面側空間１８内にあるときに、第２の電極板６と第３の電極板１２とを０Ｖにして第１の電極板４に１０Ｖの正電圧を印加すると（第１の条件）、図４で示した電場分布イメージからも分かるように、液体移動用孔１５から離れたところの液体１９はほとんど分極しないが、液体移動用孔１５内と液体移動用孔１５の下とその周辺の液体１９が分極する。この液体１９における分極の概略の方向は、図３で示した電位分布イメージから推測可能である。

この際、液体移動用孔１５内の液体１９と裏面側空間１８内の液体移動用孔１５の下方の液体１９にはほぼ上向きの力が加わって表面側空間１７に移動しようとする。また、この液体１９の移動に追随するように、裏面側空間１８の液体１９で液体移動用孔１５の下方より外側の液体１９には概ね液体移動用孔１５の下方へと向かう力が加わる。これにより、液体移動用孔１５内にある液体１９は表面側空間１７へと上がり、また液体移動用孔１５の下方にある液体１９は液体移動用孔１５へと上がり、さらに液体移動用孔１５の下方の外側にある液体１９は液体移動用孔１５の下方へと集まって行く。

そして、液体移動用孔１５から表面側空間１７に上がって来た液体１９は、同じ原理による力を受けて、その一部はさらに上へ、一部は液体移動用孔１５の上から離れて表面側空間１７の端へと入って行く。この際、表面側空間１７に入って来た液体１９は、そこの強い電場により強く分極はするが、当該電場は端のあたりを除いてほぼ一様なので、特には力を受けない。しかし、液体移動用孔１５を介して後から次々と表面側空間１７に入って来る液体１９に押される形で表面側空間１７の端の方へと移動して行く。

一方、裏面側空間１８内の大部分の液体１９については、裏面側空間１８の電場はほぼ０なので力をほとんど受けない。しかし、液体１９には表面張力により表面積を小さくしようとする力が働くので、裏面側空間１８内の液体１９も、液体移動用孔１５を通って表面側空間１７へと移動する液体１９に引っ張られて液体移動用孔１５の方向へと移動して行く。

このように、第２の電極板６と第３の電極板１２を０Ｖにして第１の電極板４に１０Ｖの正電圧を印加することにより得られる電場空間と液体１９の表面張力および後から押される力などの総合作用の結果、全体としての液体１９は、電場の弱い裏面側空間１８の領域から電場の強い表面側空間１７の領域へと移動して行く。

一方、図２に示すように、液体１９がすべて表面側空間１７にあるときに、これをすべて裏面側空間１８へと移動させる場合には、第１の電極板４と第３の電極板１２を０Ｖとし、第２の電極板６に例えば１０Ｖの正電圧を印加すると（第２の条件）、上記同様の原理により、表面側空間１７内の液体１９は液体移動用孔１５を通って裏面側空間１８へと移動する。

そして、この表示装置では、液体１９を表面側空間１７または裏面側空間１８に一旦移動させてしまうと、その状態を維持するのに各電極板４、６、１２間に電圧をかける必要はない。すなわち、例えば、各電極板４、６、１２に対する印加電圧をすべて０Ｖにした場合には、表示画素空間内のすべての点で電位は０Ｖであり電場が無いので、液体１９は電場から全く力を受けることはないが、次のような力が寄与して表面側空間１７または裏面側空間１８に移動し終えた液体１９はその場所に留まる。

通常、液体１９には表面張力により一つになって丸まろうとする性質があるが、この表示画素空間内の液体１９の体積はとても小さいのでその影響は大きい。表面側空間１７または裏面側空間１８へと移動し終えて一つにまとまった液体１９が、液体移動用孔１５を通って再び他方の空間へと入り込むには、この表面張力によって一つになって丸まろうとする性質の力に逆らわなければならない。すなわち、液体１９の表面張力は、当該液体１９が現在の空間内に留まろうとする力として寄与する。

また、液体移動用孔１５の面積は小さいので、液体移動用孔１５を通過する際に液体１９は通過摩擦などによる抵抗力を受け、この通過摩擦などによる抵抗力も液体１９が現在の空間内に留まろうとする力として寄与する。さらに、液体１９が接している面との付着力も、当該液体１９が現在の空間内に留まろうとする力として寄与する。

このように、中間層形成体１１の液体移動用孔１５を介して上下分離した表面側空間１７と裏面側空間１８とのそれぞれにおける液体１９の表面張力や静止力として働く付着力の寄与により、通常の重力や振動などによる外力が加わった場合でも、液体１９が他の空間へ勝手に移動してしまうのを阻止することができる。したがって、この表示装置によれば、表示内容を変えない限りは電力を加える必要はなく、非常に低消費電力の表示装置を実現することができる。

ところで、図１および図２では、表示装置として、１画素の部分について記載しており、このような構成としてもよいが、実際には、複数の画素はマトリクス状に配置されている。この場合、側壁１６は、空間形成体１の空間を画素単位に区切るための隔壁となる。この例では第３の電極板１２は、一の色表示と他の色表示のいずれの場合も０Ｖの電圧が印加されるため、べた状の共通電極としてもよい。（この場合に側壁１６は表面側側壁１６ａと裏面側側壁１６ｂとに別れた構成となる。）

第１、第２の電極板４、６は、０Ｖの電圧と例えば１０Ｖの正電圧とが選択的に印加されるため、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置の画素電極のように、各画素に対応して島状に分離されている。そして、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を用いて、第１、第２の電極板４、６に０Ｖの電圧と１０Ｖの正電圧を選択的に印加するようにしてもよい。

また、第１、第２の電極板４、６の大きさは、側壁１６によって囲まれた表示領域よりもやや広い面積として側壁１６に食い込むような面積としてもよく、また表示領域にぴったりと当て嵌まる面積としてもよく、さらに表示領域よりもやや狭い面積としてもよい。また、表示領域（画素）の平面形状は、正方形に限らず、長方形などの他の形状であってもよい。さらに、液体移動用孔１５を設ける位置は中間層形成体１１の中央部でなくてもよく、また液体移動用孔１５は複数であってもよい。液体移動用孔１５を複数とする場合には、液体移動用孔１５の大きさや形状は同じであってもよく、異なっていてもよい。

（第２実施形態）
図５はこの発明の第２実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を示す断面図である。この表示装置において、図１に示す表示装置と異なる点は、中間層形成体１１に光干渉用薄膜１３を設けずに、裏面側（透明）板３の内面側に光干渉用薄膜２６を設けた点である。

すなわち、中間層形成体１１は、全体として無色透明であり、ガラスや樹脂などの無色透明な材料からなる中間透明板２１の表面にＩＴＯなどからなる第３の電極板２２および酸化シリコンなどからなる絶縁膜２３が設けられ、それらの中央部に液体移動用孔２４が設けられた構造となっている。裏面側（透明）板３の内面にはチタン薄板からなる第２の電極板２５が設けられ、第２の電極板２５の表面には酸化チタンからなる光干渉用薄膜２６が設けられている。なお、第２の電極板２５はアルミニウム薄板で、光干渉用薄膜２６は酸化アルミニウム薄膜であってもよい。

次に、この表示装置の表示動作について簡単に説明する。図５に示す状態において、第１〜第３の電極板４、２５、２２に第２の条件で電圧が印加されると、電場による力により、表面側空間１７内にある液体１９は液体移動用孔２４を介して裏面側空間１８内に移動し、図６に示すように、裏面側空間１８内および液体移動用孔２４内に液体１９が満たされ、表面側空間１７内に空気が満たされる。

一方、図６に示す状態において、第１〜第３の電極板４、２５、２２に第１の条件で電圧が印加されると、電場による力により、裏面側空間１８内にある液体１９は液体移動用孔２４を介して表面側空間１７内に移動し、図５に示すように、表面側空間１７内および液体移動用孔２４内に液体１９が満たされ、裏面側空間１８内に空気が満たされる。

そして、図５に示す状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４、絶縁膜５、無色透明な液体１９および無色透明な中間層形成体１１を透過して光干渉用薄膜２６に入射されると、光干渉用薄膜２６の表面で比較的大きく反射された反射光と、光干渉用薄膜２６を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射され、一の色表示となる。

一方、図６に示す状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４、絶縁膜５、無色透明な中間層形成体１１および無色透明な液体１９を透過して光干渉用薄膜２６に入射されると、光干渉用薄膜２６の表面で比較的小さく反射された反射光と、光干渉用薄膜２６を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射され、他の色表示となる。

ところで、上記第１実施形態では、図１および図２に示すように、外光を中間層形成体１１の表面側の光干渉用薄膜１３の表面および裏面で反射しているので、中間層形成体１１に形成された液体移動用孔１５が視覚的影響としてやや出てしまう。これに対し、この第２実施形態では、図５および図６に示すように、外光を裏面側（透明）板３の表面側の光干渉用薄膜２６の表面および裏面で反射しているので、中間層形成体１１に形成された液体移動用孔２４が視覚的影響として出にくくなる。

（第３実施形態）
図７はこの発明の第３実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を示す断面図であり、図８は図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。この表示装置において、図１に示す表示装置と大きく異なる点は、表面側空間１７内に平面円形状で縦断面が偏平な楕円形状の光干渉用部材３１を配置し、裏面側空間１８内に光干渉用部材３１と同一形状で同材質のダミー用部材３４を配置した点である。

この場合、光干渉用部材３１は、チタンからなる平面円形状で縦断面が偏平な楕円形状の支持部材３２の表面全体に酸化チタンからなる光干渉用薄膜３３を設けた構造となっている。また、光干渉用部材３１下における中間層形成体１１の周辺部の所定の例えば２箇所には例えば円形状の液体移動用孔１５が設けられている。なお、裏面側空間１８内に光干渉用部材３１と同一形状で同材質のダミー用部材３４を配置しているのは、裏面側空間１８の容積を表面側空間１７の容積とほぼ同じとし、電場に及ぼす影響も表面側空間１７と同じにするためである。（酸化チタンからなる光干渉用薄膜３３の電場に及ぼす影響は小さいので、ダミー用部材３４には設けないようにしてもよい。）

次に、この表示装置の表示動作について簡単に説明する。図７に示すように、裏面側空間１８内および液体移動用孔１５内に液体１９が満たされ、表面側空間１７内に空気が満たされている状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４および絶縁膜５を透過して光干渉用薄膜３３に入射されると、光干渉用薄膜３３の表面で比較的大きく反射された反射光と、光干渉用薄膜３３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射される。

ここで、図８に示すように、光干渉用薄膜３３は平面円形状であり、光干渉用薄膜１３は平面正方形状であるので、光干渉用薄膜３３の周囲における中間層形成体１１上の光干渉用薄膜１３の部分においても、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４および絶縁膜５を透過して光干渉用薄膜１３に入射されると、光干渉用薄膜１３の表面で比較的大きく反射された反射光と、光干渉用薄膜１３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射される。

したがって、図７に示す状態では、無色透明な液体１９に接触していない状態での凸面形状の光干渉用薄膜３３の表面での反射光と裏面での反射光とによる干渉光と、その周囲における平面形状の光干渉用薄膜１３の表面での反射光と裏面での反射光とによる干渉光とが、表面側透明板２の表面側に出射され、一の色表示となる。この場合、凸面形状の光干渉用薄膜３３により、視野角を広げることが可能となる。また、図８に示すように、光干渉用部材３１下に配置される中間層形成体１１の周辺部の所定の２箇所に液体移動用孔１５を設けているため、中間層形成体１１に形成された液体移動用孔１５が視覚的影響として出ないようにすることができる。

一方、図９に示すように、表面側空間１７内および液体移動用孔２４内に液体１９が満たされ、裏面側空間１８内に空気が満たされている状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４、絶縁膜５および無色透明な液体１９を透過して光干渉用薄膜３３に入射されると、光干渉用薄膜３３の表面で比較的小さく反射された反射光と、光干渉用薄膜３３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射される。

この場合も、図８に示すように、光干渉用薄膜３３は平面円形状であり、光干渉用薄膜１３は平面正方形状であるので、光干渉用薄膜３３の周囲における中間層形成体１１上の光干渉用薄膜１３の部分においても、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４、絶縁膜５および無色透明な液体１９を透過して光干渉用薄膜１３に入射されると、光干渉用薄膜１３の表面で比較的小さく反射された反射光と、光干渉用薄膜１３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射される。

したがって、図９に示す状態では、無色透明な液体１９に接触している状態での凸面形状の光干渉用薄膜３３の表面での反射光と裏面での反射光とによる干渉光と、その周囲における平面形状の光干渉用薄膜１３の表面での反射光と裏面での反射光とによる干渉光とが、表面側透明板２の表面側に出射され、他の色表示となる。この場合も、凸面形状の光干渉用薄膜３３により、視野角を広げることが可能となる。また、図８に示すように、光干渉用部材３１下に配置される中間層形成体１１の周辺部の所定の２箇所に液体移動用孔１５を設けているため、中間層形成体１１に形成された液体移動用孔１５が視覚的影響として出ないようにすることができる。

（第４実施形態）
図１０はこの発明の第４実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を示す断面図であり、図１１は図１０のXI−XI線に沿う断面図である。この表示装置において、図１に示す表示装置と大きく異なる点は、第１の電極板４および絶縁膜５を含む表面側透明板２を凸状の楕円弧形状とし、光干渉用薄膜１３を含む第３の電極板１２の中央部を凸状の楕円形状とした点である。この場合、図１１に示すように、１画素に対応する部分は平面円形状であり、中間層形成体１１の周辺の平板状部の所定の例えば３箇所には例えば円形状の液体移動用孔１５が設けられている。

次に、この表示装置の表示動作について簡単に説明する。図１０に示すように、裏面側空間１８内および液体移動用孔１５内に液体１９が満たされ、表面側空間１７内に空気が満たされている状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４および絶縁膜５を透過して光干渉用薄膜３３に入射されると、光干渉用薄膜１３の表面で比較的大きく反射された反射光と、光干渉用薄膜１３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射され、一の色表示となる。この場合、凸面形状の光干渉用薄膜３３により、視野角を広げることが可能となる。

一方、図１２に示すように、表面側空間１７内および液体移動用孔１５内に液体１９が満たされ、裏面側空間１８内に空気が満たされている状態では、矢印で示すように、表面側透明板２の表面側から入射された外光が表面側透明板２、第１の電極板４、絶縁膜５および無色透明な液体１９を透過して光干渉用薄膜１３に入射されると、光干渉用薄膜１３の表面で比較的小さく反射された反射光と、光干渉用薄膜３３を透過してその裏面で反射された反射光とが干渉し、この干渉光が上記とは逆の光路を経て表面側透明板２の表面側に出射され、他の色表示となる。この場合も、凸面形状の光干渉用薄膜３３により、視野角を広げることが可能となる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態において、強い衝撃などが加わっても表示が乱れないようにするには、表示内容が変更されないときでも電圧をかけるようにすればよいが、その場合には低消費電力化を図るため、表示内容を変更するときよりも弱い電圧をかける構成としてもよく、あるいは、表示内容が変更されないときには、間歇的に電圧をかけて、乱されたかもしれない表示を一定時間ごとに復元する構成としてもよい。

また、上記第１実施形態では、各電極板４、６、１２に直流電圧をかける場合について説明したが、交流電圧をかけるようにしてもよい。例えば、液体１９を表面側空間１７へ移動させる場合、第１の電極板４には第３の電極板１２と逆相で、第２の電極板６には第３の電極板１２と同相で、３つの電極板４、６、１２に対して１０Ｖと０Ｖを一定周期で切り換えてかけるようにしてもよい。なお、電極板の数は３つに限定されるものではなく、誘電体である液体１９を表面側空間１７と裏面側空間１８との間で電場の強さの違いにより移動させるものであれば、それ以上の電極板数あるいはそれ以下の電極板数であってもよい。

なお、上記各実施形態において、液体１９は無色透明でも表示色を変化させることができることを示すために無色透明としたが、透明であれば液体の色にかかわらず光干渉用薄膜１３が光干渉用薄膜１３から出射される光の干渉色を変化させることができるので、液体１９は無色透明なものである必要はない。さらに、液体と屈折率の異なる物質として、空気を用いて説明したが、液体１９との屈折率の差が大きく、誘電率も異なる物質であれば、空気である必要はなく、窒素等の不活性気体でもよい。

この発明の第１実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を 示す断面図。 図１に示す表示装置の他の色表示状態の断面図。 図１および図２に示す表示装置のある条件での画素内空間の電位分布イメー ジを示す図。 図３で示した画素内空間の電位分布イメージに対応する電場分布イメージを 示す図。 この発明の第２実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を 示す断面図。 図５に示す表示装置の他の色表示状態の断面図。 この発明の第３実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態を 示す断面図。 図７のVIII−VIII線に沿う平面図。 図７に示す表示装置の他の色表示状態の断面図。 この発明の第４実施形態としての表示装置の１画素部分の一の色表示状態 を示す断面図。 図１０のXI−XI線に沿う平面図。 図１０に示す表示装置の他の色表示状態の断面図。

符号の説明

１ 空間形成体
２ 表面側透明板
３ 裏面側（透明）板
４ 第１の電極板
５ 絶縁膜
６ 第２の電極板
７ 絶縁膜
１１ 中間層形成体
１２ 第３の電極板
１３ 光干渉用薄膜
１４ 絶縁膜
１５ 液体移動用孔
１６ 側壁
１６ａ 表面側側壁
１６ｂ 裏面側側壁
１７ 表面側空間
１８ 裏面側空間
１９ 液体
２１ 中間透明板
２２ 第３の電極板
２３ 絶縁膜
２５ 第２の電極板
２６ 光干渉用薄膜
３１ 光干渉用部材
３２ 支持部材
３３ 光干渉用薄膜
３４ ダミー用部材
１０１ 表示面

Claims (9)

1. 表示面を有し、画素単位に区切られた空間を形成する空間形成体と、前記空間形成体に選択的に電場を形成する電場形成手段と、前記空間形成体の空間内の一部に充填され、前記電場形成手段により形成される電場による力の作用にしたがって移動する液体と、前記空間形成体内の一部に設けられ、前記液体と接触しているときと接触していないときとで光の干渉による前記表示面での色の色度を変化させる光干渉用薄膜とを備えることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、前記電場形成手段は、前記液体とは異なる屈折率を持つ物質と前記液体とを選択的に前記光干渉用薄膜の表面に接触させて、前記光干渉用薄膜の表面での反射光の反射率を変化させることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１または２に記載の表示装置において、前記空間形成体内の１画素に対応する空間は、液体移動用孔を有する中間層形成体によって２つの空間に区切られていることを特徴とする表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置において、前記中間層形成体は前記光干渉用薄膜を有することを特徴とする表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置において、前記中間層形成体は、前記電場形成手段の一部を構成する電極板を有することを特徴とする表示装置。
6. 請求項５に記載の表示装置において、前記光干渉用薄膜は、前記電極板としてのチタン薄板あるいはアルミニウム薄膜の表面に形成されたその金属酸化物の薄膜からなることを特徴とする表示装置。
7. 請求項３に記載の表示装置において、前記空間形成体によって区切られた前記２つの空間の前記中間層形成体に対向するいずれかの内面に前記光干渉用薄膜が設けられていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項７に記載の表示装置において、前記光干渉用薄膜は、前記電場形成手段の一部を構成する電極板の表面に形成されていることを特徴とする表示装置。
9. 請求項８に記載の表示装置において、前記光干渉用薄膜は、前記電極板としてのチタン薄板あるいはアルミニウム薄膜の表面に形成されたその金属酸化物の薄膜からなることを特徴とする表示装置。
   

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