JP5168061B2

JP5168061B2 - 表示装置

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Publication number: JP5168061B2
Application number: JP2008251904A
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Inventors: 浩介須釜
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Publication date: 2013-03-21
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Description

本発明は、誘電泳動現象を利用して画像を表示する表示装置に関する。

電気泳動現象を利用して画像を表示する表示装置が知られている。この表示装置では、例えば溶媒中に電気泳動性の顔料微粒子が分散された表示液（分散系）が用いられる。この表示液は、適度なスペーサを介して対向配置された一対の電極基板の間に封入されている。一対の電極基板のうちの、少なくとも一方は透明な電極基板である。これら電極基板に電圧を印加すると、表示液中の顔料微粒子の分布が電気泳動現象により変化する。この変化した表示液の状態が、透明な電極基板を介して観察され、前記顔料微粒子の色、又はその色の濃淡として表示が行われる。

電気泳動現象を利用する表示装置における電圧の印加方式は、直接印加方式と、間接印加方式とに分類される。

直接印加方式は、分散系に接する一対の電極に対して画像信号に対応する電圧を直接印加する方式である（例えば、特許文献１参照）。図１５には、直接印加方式が採用された表示装置の構成の一例が示されている。図１５に示されるように、この表示装置では、スペーサ３を介して基板１と透明基板５とが対向配置されている。基板１、透明基板５上には、制御電極２と透明電極４とが対向配置されている。

制御電極２と、透明電極４との間は、表示液１６で満たされている。この表示液１６では、帯電性が異なる複数の電気泳動性粒子、すなわち黒色微粒子１７と白色微粒子１８とが、分散媒１９に分散されている。

電源４０から制御電極２、透明電極４に電圧が印加されると、黒色微粒子１７と白色微粒子１８は、クーロン力によって分散媒１９内を互いに逆方向に移動する。この結果、表示色は、観察側の透明基板５の透明電極４付近に移動した微粒子の色となる。図１５では、黒色微粒子１７が、透明電極４近傍に移動し、黒色表示がなされる様子が示されている。

間接印加方式は、電極と分散系との間に絶縁板を設け、例えば、図１６に示されるように、制御電極２と表示液１６との間、透明電極４と表示液１６との間が絶縁板３５で絶縁されている。この表示装置における表示原理は、図１５の表示装置と同じである。また、絶縁板の外側の表面にイオン流照射手段によりイオン流を照射して絶縁板の外部から分散系に画像信号を間接的に印加する方式も知られている（例えば、特許文献２、３参照）。

一方、電気泳動現象ではなく、誘電泳動現象を利用して画像を表示する表示装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。この表示装置は、対向配置された一対の基板と、該基板上に形成された一対の電極と、該基板間に充填された誘電性液体と、この誘電性液体の比誘電率とは異なる比誘電率を持った複数の誘電体粒子と、からなる混合物と、を備え、誘電泳動現象を利用して前記誘電体粒子を前記基板間で凝集させた凝集状態と、誘電泳動現象を利用して前記誘電体粒子を前記基板間で分散させた分散状態と、をそれぞれ異なる表示状態とするものである。

特開平６−１４８６９３号公報特開昭６１−８６７８０号公報特開平６−２０２１６８号公報特開２００３−２７０６７５号公報

上記特許文献４に記載の表示装置は、誘電体粒子の凝集状態を誘電泳動現象により実現し、誘電体粒子の分散状態を誘電泳動現象により実現して、表示を行うものであり、また、誘電体粒子の状態が、凝集状態と分散状態との２つしかないので、２色表示は可能であるが、それらの間の中間色の表示をするのは困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、良好な表示特性が得られる表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の表示装置の一態様は、第１の基板と、前記第１の基板と対向配置された第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面上に形成された第１の電極と、前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面上に形成され、前記第１の電極と異なる面積に形成された第２の電極と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、分散媒と、該分散媒の誘電率とは異なる誘電率を有する微粒子と、を含む分散系と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧を印加する電源部と、前記電源部を制御する制御部と、を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ複数に分割され、前記第１の電極及び前記第２の電極ごとに、それぞれ選択的に前記交流電圧が印加される複数の分割電極からなり、前記第１の電極と前記第２の電極とのうちの一方の電極の１つの分割電極が、対向する他方の電極の複数の分割電極を合計した面積よりも小さい面積に形成され、前記複数の分割電極はそれぞれスイッチを介して前記電源部と接続され、前記制御部は、前記各スイッチを制御して、前記第１の電極及び前記第２の電極の前記交流電圧を印加されるそれぞれの面積を、一方が小さく、他方が大きくなるように選択的に可変とする、ことを特徴とする。

本発明に係る表示装置によれば、良好な表示特性が得られる。

（実施形態１）
次に、本発明の実施形態１について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る表示装置は、誘電泳動現象を利用した表示装置である。

図１は、本実施形態に係る表示装置１００の表示要素である１つの画素とその駆動回路について模式的に示している。図１に示されるように、表示装置１００は、表示部１０と、回路部２０と、制御部３０とを備えている。

表示部１０は、第１の基板としての基板１と、第１の電極としての制御電極２と、スペーサ３と、第２の電極としての透明電極４と、第２の基板としての透明基板５とを備えている。基板１と透明基板５とは、互いに平行に配置、すなわち対向配置されている。透明基板５が設けられている側が、観察側の表示面５０である。この表示面５０からは、透明基板５に接する表示液６の色が観察され、その色が前記表示装置の表示として観察者に認識されるようになっている。

基板１の前記透明基板５に対向する面には、制御電極２が形成されている。また、透明基板５の前記基板１に対向する面には、透明電極４が形成されている。透明電極４としては、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）が用いられる。

制御電極２と透明電極４とは、表示液６を挟んで、互いに対向するように配置されている。透明電極４は、一つの表示要素である画素領域にほぼ対応する面積に形成され、制御電極２は、前記透明電極４よりも小さい面積に形成されている。このため、制御電極２と透明電極４との間に電圧が印加されると、その間に形成される電場は、図２に示されるように不均一となる。より具体的には、制御電極２側では、電気力線３１が密となって電界強度が大きくなり、強電界領域３２が形成される。一方、透明電極４側では、電気力線３１が疎となって電界強度は小さくなり、弱電界領域３３が形成される。

スペーサ３は、基板１と透明基板５との間に挿入され、それらの間隔を一定に保つとともに、基板１と透明基板５とともに表示液６を充填するための密閉空間を形成している。

基板１と透明基板５との間には、分散系としての表示液６が充填されている。この表示液６は、分散媒と、この分散媒中に分散された微粒子とから構成されている。分散媒としては白色液体７が用いられる。この白色液体７は、例えば着色されていない分散媒の誘電率と実質的に等しい誘電率を有する微細な白色顔料によってその分散媒を着色したものである。前記白色液体７中に分散される微粒子としては、前記分散媒としての白色液体７の誘電率とは異なる誘電率を持った微粒子として黒色微粒子８が用いられている。

電源部としての回路部２０は、並列的に配置された２つの交流電源１１、１２と、２つのスイッチ１３、１４と、スイッチ１５とを有している。

２つの交流電源１１、１２は、互いに異なる周波数の交流電圧を出力し、交流電源１１の出力周波数をｆ１とし、交流電源１２の出力周波数をｆ２とする。交流電源１１、１２は、透明電極４と制御電極２との間に並列に接続されるように設けられている。交流電源１１、１２の一端は、透明電極４に接続され、この透明電極４は接地されている。

交流電源１１、１２の他方端は、それぞれスイッチ１３、１４に接続され、スイッチ１５を介して制御電極２に接続されている。
すなわち、スイッチ１３は、交流電源１１に直列に接続され、スイッチ１４は、交流電源１２に直列に接続されている。スイッチ１５は、その一端が、スイッチ１３、１４に接続されており、他端が、制御電極２に接続されている。

スイッチ１３がオンした状態で、スイッチ１５がオンすると、交流電源１１からの周波数ｆ１の交流電圧が、制御電極２と透明電極４との間に印加される。一方、スイッチ１４がオンした状態で、スイッチ１５がオンすると、交流電源１２からの周波数ｆ２の交流電圧が、制御電極２と透明電極４との間に印加される。

制御部３０は、回路部２０のスイッチ１３とスイッチ１４とが同時にオンとなることがないように、前記回路部２０のスイッチ１３、１４、１５のオンオフを制御する。

次に、本実施形態に係る表示装置１００の動作について説明する。まず、誘電泳動の原理について説明する。

誘電泳動は、電気泳動とは異なり、微粒子自体が有している電荷に依存せず、印加電圧の周波数や大きさ、溶媒と微粒子それぞれの導電性や誘電性及び微粒子の大きさに依存する誘電泳動力によって発生する。この誘電泳動力をＦ_DEPとすると、Ｆ_DEPは次式で与えられる。

上記式（１）におけるＫ（ω）は、次式で定義される。

上記式（２）に示されるように、Ｋ（ω）は、微粒子の複素誘電率と、溶媒の複素誘電率とによって決定される。上記式（２）中の各複素誘電率は、それぞれ次式で表される。

このＫ（ω）を、ＣＭ（Clausius-Mossotti）因子という。ＣＭ因子は、分極の程度を表す。

ここで、本実施形態では、黒色微粒子８の誘電率ε_pと、白色液体７の誘電率ε_mとを比較すると、ε_p＜ε_mとなっているものとする。また、黒色微粒子８の導電率σ_pと、白色液体７の誘電率σ_mとを比較すると、σ_p＞σ_mとなっているものとする。

図３には、本実施形態に係る表示装置１００におけるＣＭ因子の実数部、すなわちＲｅ［Ｋ（ω）］の、印加される交流電圧の周波数に対する周波数特性が示されている。図３に示されるように、出力周波数ｆ２を含む低い周波数帯域では、Ｒｅ［Ｋ（ω）］は正となる。また、出力周波数ｆ１を含む高い周波数帯域では、Ｒｅ［Ｋ（ω）］は負となる。

このように、Ｒｅ［Ｋ（ω）］が交流電源１１、１２の出力周波数に依存するため、黒色微粒子８に働く誘電泳動力Ｆ_DEPも、印加される交流電圧の周波数に応じて変化する。

より具体的には、交流電源１２からＲｅ［Ｋ（ω）］が０となる交差周波数ｆ₀よりも低い周波数ｆ２の交流電圧が印加されている場合には、Ｒｅ［Ｋ（ω）］の値が正となる。Ｒｅ［Ｋ（ω）］の値が正であると、式（１）に示されるように、誘電泳動力Ｆ_DEPも正となる。

図１に示されるように、透明電極４と制御電極２とは大きさが異なるため、制御電極２と透明電極４との間には、図２に示されるような不均一な電場が生じている。このような電場では黒色微粒子８に正の誘電泳動力Ｆ_DEPが働き、図４（Ａ）に示されるように、前記黒色微粒子８は、制御電極２側に引き寄せられる。この結果、表示面５０の表示色は、図４（Ｂ）に示されるように、白色液体７の色、すなわち白色となる。

一方、交流電源１１から前記周波数ｆ２よりも高く、且つ前記交差周波数ｆ_０よりも高い周波数ｆ１の交流電圧が印加されている場合には、Ｒｅ［Ｋ（ω）］の値が負となる。Ｒｅ［Ｋ（ω）］の値が負であると、式（１）に示されるように、誘電泳動力Ｆ_DEPも負となる。この場合、黒色微粒子８は、図５（Ａ）に示されるように、電界強度の弱い方、すなわち、透明電極４側に移動し、表示面５０の表示色は、図５（Ｂ）に示されるように、黒色となる。

そこで、表示色を白色とする場合には、制御部３０は、図４（Ａ）に示されるように、スイッチ１４、１５をオンする。このようにして、制御電極２と透明電極４との間には、周波数ｆ２の交流電圧が印加され、白色表示がなされる。

また、表示色を黒色とする場合には、制御部３０は、図５（Ａ）に示されるように、スイッチ１３、１５をオンする。このようにして、制御電極２と透明電極４との間には、周波数ｆ１の交流電圧が印加され、黒色表示がなされる。

なお、上述したような、黒色微粒子８の誘電率ε_pより白色液体７の誘電率ε_mが大きいときとは逆に、黒色微粒子８の誘電率ε_pと、白色液体７の誘電率ε_mとを比較したときに、ε_p＞ε_mとなっている場合には、図３に示されるＣＭ因子の周波数特性は、図６に示されるようになる。図６に示されるように、出力周波数ｆ２を含む低い周波数帯域では、Ｒｅ［Ｋ（ω）］は負となる。また、出力周波数ｆ１を含む高い周波数帯域では、Ｒｅ［Ｋ（ω）］は正となる。

表示液６が図６に示されるような特性を有する場合、制御部３０が、スイッチ１４、１５をオンして、表示液６に印加される交流電圧の周波数をｆ２とすると、Ｒｅ［Ｋ（ω）］の値が負となり、誘電泳動力Ｆ_DEPも負となる。これにより、黒色微粒子８は、弱電界領域３３、すなわち透明電極４側に移動し、表示面５０の表示色は、黒色となる。

また、制御部３０が、スイッチ１３、１５をオンして、表示液６に印加される交流電圧の周波数をｆ１とすると、Ｒｅ［Ｋ（ω）］の値が正となり、誘電泳動力Ｆ_DEPも正となる。これにより、黒色微粒子８は、強電界領域３２、すなわち制御電極２側に引き寄せられ、表示色が白色となる。

したがって、図６に示されるような特性の表示液６を用いた表示装置の場合は、制御部３０は、白色を表示しようとするときには、スイッチ１３、１５をオンし、黒色を表示しようとするときには、スイッチ１４、１５をオンすればよい。

上述したように、この実施形態の表示装置１００は、基板１と、基板１と対向配置された透明基板５と、基板１の透明基板５に対向する面上に形成された制御電極２と、透明基板５の基板１に対向する面上に形成され、制御電極２と異なる面積に形成された透明電極４と、基板１と透明基板５との間に充填され、白色液体７と、該白色液体７の誘電率とは異なる誘電率を有する黒色微粒子８とを含む表示液６と、制御電極２と共通電極４との間に交流電圧を印加する回路部２０と、を備えている。この構成により、誘電泳動現象を用いた表示装置を得ることができる。

また、回路部２０は、ＣＭ因子の実数部の値が０となる交差周波数ｆ₀よりも低い周波数ｆ２の交流電圧と、交差周波数ｆ₀よりも高い周波数ｆ１の交流電圧と、を発生し、制御電極２と共通電極４との間に選択的に印加するようにしたので、２つの表示状態（黒と白）を選択的に表示させることができる。

この場合、回路部２０は、前記ＣＭ因子の実数部の値が０となる交差周波数ｆ₀よりも低い周波数ｆ２の交流電圧を発生する低周波の交流電源１２と、前記交差周波数ｆ₀よりも高い周波数ｆ１の交流電圧を発生する高周波の交流電源１１と、を備え、前記低周波の交流電源１２が発生する低周波交流電圧と、前記高周波１１の交流電源が発生する高周波電圧と、を制御電極２と共通電極４との間に選択的に印加するように前記回路部２０からの交流電圧の供給を制御する制御部３０をさらに備えることが好ましく、この構成により、２つの表示状態（黒と白）の表示、すなわち２階調の表示を行うことができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。図７は、本実施形態に係る表示装置１０１を示している。

図７に示されるように、表示装置１０１は、表示部１０ａと、回路部２０ａと、制御部３０とを備えている。

表示部１０ａは、上記実施形態１の表示部１０に比べて電極構造が異なっている。表示部１０ａでは、基板１上には、３つに分割された３つの分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃが設けられている。また、透明基板５上には、３つに分割された３つの分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃが設けられている。分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃと、分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃと、はそれぞれが互いに実質的に等しい面積に形成されている。すなわち、互いに対向する基板にそれぞれ配置された透明電極４及び制御電極２は、それぞれ複数に分割され、前記透明電極４及び制御電極２ごとに、それぞれ選択的に交流電圧が印加される複数の分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃ及び分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃからなり、前記透明電極４と制御電極２とのうちの一方の電極の１つの分割電極が、対向する他方の電極の複数の分割電極を合計した面積よりも小さい面積に形成されている。

回路部２０ａは、交流電源１１と、スイッチ部２１、２２とを備えている。交流電源１１は、上記実施形態１と同様に出力周波数ｆ１の交流電源である。スイッチ部２１は、３つのスイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有しており、スイッチ部２２は、３つのスイッチ２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有している。

交流電源１１は、その一方端が、スイッチ２１ａ、スイッチ２１ｂ、スイッチ２１ｃをそれぞれ介して対応する分割制御電極２ａ、分割制御電極２ｂ、及び分割制御電極２ｃに接続され、他方端は、スイッチ２２ａ、スイッチ２２ｂ、スイッチ２２ｃをそれぞれ介して対応する分割透明電極４ａ、分割透明電極４ｂ、分割透明電極４ｃに接続されている。

黒色微粒子８を含んだ表示液６は、そのＣＭ因子の実数部の周波数特性が、上記実施形態１と同様の周波数特性（図３参照）を有している。すなわち、本実施形態に係る表示液６は、交差周波数ｆ₀より高い周波数の周波数ｆ１の交流電圧が印加されると、黒色微粒子８に負の誘電泳動力Ｆ_DEPが働くようになっている。

制御部３０は、回路部２０ａのスイッチ部２１、２２における各スイッチ２１ａ〜２１ｃ、２２ａ〜２２ｃのオンオフを制御して、前記複数の分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃと分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃとのうちの１つを前記透明電極４及び制御電極２ごとに選択して、選択された透明電極４の分割透明電極４ｂと対向する制御電極２の複数の分割制御電極２ａ〜２ｃとの間と、選択された制御電極２の分割制御電極２ｂと対向する透明電極４の複数の分割透明電極４ａ〜４ｃとの間と、に選択的に交流電圧を印加する。

本実施形態に係る表示装置１０１の動作について説明する。

図７に示される表示装置において、スイッチ部２１の各スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃがすべてオフ、且つスイッチ部２２のスイッチ２２ａ、２２ｂ、２２ｃがすべてオフの場合には、表示液６に電場が形成されないので、黒色微粒子８に誘電泳動力Ｆ_DEPは働かない。
また、スイッチ部２１の各スイッチ２１ａ、２１ｂ、２１ｃがすべてオン、且つスイッチ部２２のスイッチ２２ａ、２２ｂ、２２ｃがすべてオンの場合は、表示液６中に、均一な電場が形成されるので、黒色微粒子８に誘電泳動力Ｆ_DEPは働かない。

本実施形態に係る表示装置１０１において、白色を表示する場合、制御部３０は、図８（Ａ）で示されるように、スイッチ部２１のすべてのスイッチ２１ａ〜２１ｃをオン、スイッチ部２２のスイッチ２２ａ、２２ｃをオフ、スイッチ２２ｂをオンさせるように各スイッチを制御する。すなわち、スイッチ部２２は、スイッチ２２ｂのみオンとする。このようにすると、表示液６に交流電圧を印加するための電極の有効面積が、基板１の制御電極２側と透明基板５の透明電極４側で異なるようになるので、制御電極２側と透明電極４側との間に、不均一な電場が形成される。

より具体的には、図９に示されるように、制御電極２側では、電気力線３１が疎となって、弱電界領域３３が形成され、透明電極４側では、電気力線３１が密となって、強電界領域３２が形成される。この場合、図８（Ａ）に示されるように、黒色微粒子８は、負の誘電泳動によって制御電極２側に移動する。この結果、表示面５０の表示色は、図８（Ｂ）に示されるように、白色となる。

逆に、黒色を表示しようとする場合、制御部３０は、図１０（Ａ）に示されるように、スイッチ部２１のスイッチ２１ａ、２１ｃをオフ、スイッチ２１ｂをオン、スイッチ部２２のスイッチ２２ａ、スイッチ２２ｂ、スイッチ２２ｃをすべてオンさせるように各スイッチを制御する。すなわち、スイッチ部２１は、スイッチ２１ｂのみをオンとする。このようにすると、表示液６に、図１１に示されるような不均一な電場が形成される。

より具体的には、図１１に示されるように、透明電極４側では、電気力線３１が疎となって、弱電界領域３３が形成され、制御電極２側では、電気力線３１が密となって、強電界領域３２が形成される。この場合、図１０（Ａ）に示されるように、黒色微粒子８は、負の誘電泳動によって透明電極４側に移動する。この結果、表示面５０の表示色は、図１０（Ｂ）に示されるように、黒色となる。

このように、本実施形態によれば、制御部３０によるスイッチ制御により、白表示と、黒表示とを、切り替えることができる。

なお、本実施形態に係る表示装置１０１では、制御部３０によるスイッチ制御により、白色と黒色の中間表示も可能となる。例えば、制御部３０が、スイッチ部２１の２つのスイッチをオンし、スイッチ部２２のすべてのスイッチ２２ａ〜２２ｃをオンする。あるいは、スイッチ部２１のすべてのスイッチ２１ａ〜２１ｃをオンし、スイッチ部２２の２つのスイッチをオンする。このようにすれば、図９、図１１に示される電場の不均一性が弱まり、白色と黒色の間の中間色の表示が可能となる。

上述したように、この実施形態の表示装置１０１は、前記透明電極４と前記制御電極２とが、それぞれの面積が、一方が小さく、他方が大きくなるように選択的に可変としているため、１つの交流電圧によって白、黒の２値の表示を行うことができる。

この場合、互いに対向する基板にそれぞれ配置された前記透明電極４及び前記制御電極２は、それぞれ複数に分割され、前記透明電極４及び制御電極２ごとに、それぞれ選択的に交流電圧が印加される複数の分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃと、分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃと、からなり、前記透明電極４と前記制御電極２とのうちの一方の電極の１つの分割電極が、対向する他方の電極の複数の分割電極を合計した面積よりも小さい面積に形成することによって１つの交流電圧によって白、黒の２値の表示を行うことができる。

また、互いに対向する基板にそれぞれ配置された前記透明電極４及び前記制御電極２は、それぞれ複数に分割された複数の分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃと、分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃと、からなり、前記透明電極４と前記制御電極２とのうちの一方の電極の１つの分割電極が、対向する他方の電極の複数の分割電極を合計した面積よりも小さい面積に形成され、前記透明電極４及び前記制御電極２ごとに、前記分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃと、前記分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃと、のうちの１つを選択し、選択された透明電極４の分割透明電極４ｂと対向する制御電極２の複数の分割制御電極２ａ〜２ｃとの間と、選択された制御電極２の分割制御電極２ｂと対向する透明電極４の複数の分割透明電極４ａ〜４ｃとの間と、に選択的に交流電圧を印加する制御部をさらに備えることによって、１つの交流電圧によって白、黒の２値の表示を行うことができる。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。図１２は、本実施形態に係る表示装置１０２を示している。図１２に示されるように、本実施形態に係る表示装置１０２は、表示部１０ａと、回路部２０ｂと、制御部３０とを備えている。すなわち、この実施形態３における表示装置１０２は、２つの異なる周波数の交流電圧を選択的に供給可能とした回路部２０ｂを備えている点が、上記実施形態２に係る表示装置１０１と異なっている。

なお、本実施形態においても、黒色微粒子８を含んだ表示液６は、そのＣＭ因子の実数部の周波数特性が、上記実施形態１と同様の周波数特性（図３参照）を有している。

回路部２０ｂは、上記実施形態２に係る回路部２０ａに示したスイッチ部２１と、スイッチ部２２と、高周波交流電源１１に加えて、低周波交流電源１２と、スイッチ１３、１４とからなるスイッチ部２３と、がさらに設けられている。すなわち、ＣＭ因子の実数部の値が０となる交差周波数ｆ_０よりも低い周波数の交流電圧ｆ２を発生する低周波交流電源１２と、前記交差周波数ｆ_０よりも高い周波数の交流電圧ｆ１を発生する高周波交流電源１１と、により電源部が構成されている。これらのスイッチ１３、１４は、制御部３０によってオンオフが制御され、前記低周波交流電圧ｆ２と、高周波交流電圧ｆ１と、を前記透明電極４と前記制御電極２との間に選択的に印加する。

本実施形態に係る表示装置１０２では、制御部３０が、スイッチ１３をオンした場合には、上記実施形態２に係る表示装置１０１と同様に、スイッチ部２１のすべてのスイッチ２１ａ〜２１ｃをオンとし、スイッチ部２２のスイッチ２２ｂのみオンとすれば、白色が表示され、スイッチ部２１のスイッチ２１ｂのみオンとし、スイッチ部２２のすべてのスイッチ２２ａ〜２２ｃをオンとすれば、黒色が表示される。

さらに、制御部３０は、図１３（Ａ）に示されるように、スイッチ１４をオンするとともに、スイッチ部２２では、スイッチ２２ｂのみオンし、スイッチ部２１では、すべてのスイッチ２１ａ〜２１ｃをオンする。このようにすると、交流電源１２からの周波数ｆ２の交流電圧により、図９に示されるのと同じような不均一な電場が形成される。この場合、図１３（Ａ）に示されるように、黒色微粒子８は、正の誘電泳動によって、透明電極４ｂ上に移動する。この場合、図１３（Ｂ）に示されるように、黒色微粒子８が表示面５０を被う面積が小さくなっているので（表示面５０の約１／３）、表示面５０における白色と黒色との間の中間色が表示される（１／３黒表示）。

上述したように、本実施形態に係る表示装置１０２は、互いに対向する基板にそれぞれ配置された前記透明電極４及び制御電極２が、それぞれ複数に分割された複数の分割透明電極４ａ、４ｂ、４ｃと、分割制御電極２ａ、２ｂ、２ｃと、からなり、前記透明電極４と前記制御電極２とのうちの一方の電極の１つの分割電極が、対向する他方の電極の複数の分割電極を合計した面積よりも小さい面積に形成され、回路部２０ｂは、ＣＭ因子の実数部の値が０となる交差周波数ｆ_０よりも低い周波数の交流電圧ｆ２を発生する低周波交流電源１２と、前記交差周波数ｆ_０よりも高い周波数の交流電圧ｆ１を発生する高周波交流電源１１と、を備え、前記透明電極４及び制御電極２ごとに、複数の分割電極のうちの１つを選択して、前記低周波交流電源１２が発生する低周波交流電圧ｆ２と、前記高周波交流電源１１が発生する高周波交流電圧ｆ１と、を前記透明電極４と前記制御電極２の前記選択された分割電極へ選択的に印加するように前記回路部２０ｂからの交流電圧の供給を制御する制御部３０をさらに備えているので、白色表示、黒色表示及び白色表示と黒色表示との間の諧調を持った中間調の表示を行うことができる。

（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４について説明する。図１４は、本実施形態に係る表示装置１０３を示している。図１４に示されるように、本実施形態に係る表示装置１０３は、電極の有効面積を可変とするためのシャッタを有する表示部１０ｂと、回路部２０と、制御部３０とを備えている。

表示部１０ｂは、一つの表示要素である画素に対応する面積の透明電極４と、この透明電極と大きさが実質的に等しい制御電極２’とを備えている。また、表示部１０ｂは、制御電極２’と表示液６との間に、その電極の表面に沿って移動可能に設けられ、電場を遮蔽するためのシャッタ２５ａが設けられ、透明電極４と表示液６との間に、その電極の表面に沿って移動可能に設けられ、電場を遮蔽するための透明なシャッタ２５ｂが設けられている。シャッタ２５ａ、２５ｂは、制御部３０の制御の下で、開閉可能となっている。シャッタ２５ａ、２５ｂとしては、導電性部材の表面を絶縁性物質で被覆したものが用いられ、電界を遮断する電界遮蔽手段として作用する。

制御部３０は、シャッタ２５ａ、２５ｂを駆動し、電極として機能する前記制御電極２’の有効面積と、電極として機能する前記透明電極４の有効面積とを調整することにより、前記制御電極２’と前記透明電極４との間に発生する電場の強度分布を制御する。

より具体的には、制御部３０は、シャッタ２５ａ、２５ｂを駆動して、制御電極２’の有効面積と、透明電極４の有効面積とを、異ならしめる。これにより、制御電極２’と透明電極４との間に、上記実施形態１〜３に係る表示装置１００〜１０２と同様の不均一な電場を形成することにより、表示面５０における白、黒表示が可能となる。

また、制御部３０によってシャッタ２５ａ、２５ｂの開閉率を変更して、制御電極２’の有効面積と、透明電極４の有効面積との比率を調整することにより、白色と黒色の間の中間色の表示も可能となる。制御電極２’の有効面積と、透明電極４の有効面積との比率は、連続的に変化させることができるので、表示される中間色も連続的に変化させることができる。

（まとめ）
以上詳細に説明したように、上記各実施形態に係る表示装置１００〜１０３は、制御電極２と透明電極４とを、それらの面積を異ならしめて形成し、これら制御電極２と透明電極４との間に交流電圧を印加するか、複数に分割された分割制御電極２ａ〜２ｃと分割透明電極４ａ〜４ｃとのそれぞれ１つの分割電極を選択し、選択された透明電極４の分割透明電極４ｂと対向する制御電極２の複数の分割制御電極２ａ〜２ｃとの間と、選択された制御電極２の分割制御電極２ｂと対向する透明電極４の複数の分割透明電極４ａ〜４ｃとの間に交流電圧を印加することにより、白色、黒色、それらの中間色などの所望の表示状態をつくり出すことができるので、表示特性が良好なものとなる。

また、上記実施形態１、３、４によれば、出力周波数がそれぞれ異なる複数の交流電源１１、１２が設けられ、制御部３０は、制御電極２、２’、２ａ〜２ｃ、透明電極４、４ａ〜４ｃに異なる周波数の交流電源を選択的に印加するようにしたので、良好な表示特性が得られるようになる。

なお、上記実施形態１、３、４では、出力周波数が異なる交流電源を２つとしたが、３つ以上設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態２、３によれば、制御電極や透明電極として、基板１上に複数の制御電極２ａ〜２ｃが設けられ、透明基板５上に複数の透明電極４ａ〜４ｃが設けられている。制御部３０は、複数の制御電極２ａ〜２ｃ、透明電極４ａ〜４ｃの中の特定の電極を交流電源１２等と接続するようにしたので、白黒２色の表示が可能となるうえ、それらの中間色の表示も可能となる。

なお、上記実施形態２、３によれば、制御電極や透明電極の数を３つ（３対）としたが、これに限られず、制御電極や透明電極の数を、２つ又は４つ以上とするようにしてもよい。電極の数を増やせば増やすほど、表現可能な中間色を増やすことができる。

また、上記実施形態４によれば、制御電極２’及び透明電極４と表示液６との間にシャッタ２５ａ、２５ｂが設けられている。制御部３０は、シャッタ２５ａ、２５ｂの開閉状態を調整することにより、その交流電圧による電界を発生させるための制御電極２’、透明電極４の有効面積を調整したので、白黒２色の表示が可能となるうえ、それらの中間色の表示も可能となる。シャッタ２５ａ、２５ｂの開閉状態は、離散的ではなく、連続的に調整可能であるので、中間色も、連続的に変化させることができる。

なお、上記各実施形態では、制御電極２’と表示液６との間にシャッタ２５ａが設けられ、透明電極４と表示液６との間にシャッタ２５ｂが設けられたが、どちらか一方だけ設けられていてもよい。

なお、上記各実施形態では、微粒子を黒色とし、液体（分散媒）を白色としたが、逆であってもよい。もちろん、白黒以外の色に着色された微粒子、液体を用いるようにしてもよい。また、色が異なる微粒子を２種類備えるようにしてもよい。この場合、２種類の微粒子を、それぞれ分散媒に対して誘電率の高いものと低いものとすれば、両微粒子は、逆方向に誘電泳動するようになり、各微粒子の色による表示が可能となる。

本発明の実施形態１に係る表示装置の構成を示す断面図である。表示液中に生じる電界の分布の一例を示す図である。ＣＭ因子の実数部の周波数特性を示すグラフである。図４（Ａ）は、白色が表示される場合の様子を示す図であり、図４（Ｂ）は、このときの表示面を示す図である。図５（Ａ）は、黒色が表示される場合の様子を示す図である。図５（Ｂ）は、このときの表示面を示す図である。誘電率の大小関係が逆である場合におけるＣＭ因子の実数部の周波数特性を示すグラフである。本発明の実施形態２に係る表示装置の構成を示す断面図である。図８（Ａ）は、白色が表示される場合の様子を示す図であり、図８（Ｂ）は、白色の表示面を示す図である。白表示の際に、表示液中に生じる電界の分布の一例を示す図である。図１０（Ａ）は、黒色が表示される場合の様子を示す図であり、図１０（Ｂ）は、黒色の表示面を示す図である。黒表示の際に、表示液中に生じる電界の分布の一例を示す図である。本発明の実施形態３に係る表示装置の構成を示す断面図である。図１３（Ａ）は、中間色が表示される場合の様子を示す図であり、図１３（Ｂ）は、このときの表示面を示す図である。本発明の実施形態４に係る表示装置の構成を示す断面図である。従来の表示装置の構成を示す断面図（その１）である。従来の表示装置の構成を示す断面図（その２）である。

符号の説明

１…基板、２、２’…制御電極、２ａ、２ｂ、２ｃ…分割制御電極、３…スペーサ、４…透明電極、４ａ、４ｂ、４ｃ…分割透明電極、５…透明基板、６…表示液、７…白色液体、８…黒色微粒子、１０、１０ａ、１０ｂ…表示部、１１、１２…交流電源、１３、１４、１５…スイッチ、１６…表示液、１７…黒色微粒子、１８…白色微粒子、１９…分散媒、２０、２０ａ、２０ｂ…回路部、２１、２２、２３…スイッチ部、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…スイッチ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…スイッチ、２５ａ、２５ｂ…シャッタ、３０…制御部、３１…電気力線、３２…強電界領域、３３…弱電界領域、３５…絶縁板、４０…電源、５０…表示面、１００、１０１、１０２、１０３…表示装置

Claims

第１の基板と、
前記第１の基板と対向配置された第２の基板と、
前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面上に形成された第１の電極と、
前記第２の基板の前記第１の基板に対向する面上に形成され、前記第１の電極と異なる面積に形成された第２の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、分散媒と、該分散媒の誘電率とは異なる誘電率を有する微粒子と、を含む分散系と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に交流電圧を印加する電源部と、
前記電源部を制御する制御部と、
を備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ複数に分割され、前記第１の電極及び前記第２の電極ごとに、それぞれ選択的に前記交流電圧が印加される複数の分割電極からなり、前記第１の電極と前記第２の電極とのうちの一方の電極の１つの分割電極が、対向する他方の電極の複数の分割電極を合計した面積よりも小さい面積に形成され、
前記複数の分割電極はそれぞれスイッチを介して前記電源部と接続され、
前記制御部は、前記各スイッチを制御して、前記第１の電極及び前記第２の電極の前記交流電圧を印加されるそれぞれの面積を、一方が小さく、他方が大きくなるように選択的に可変とする、
ことを特徴とする表示装置。
前記制御部は、
前記第１の電極及び前記第２の電極ごとに、前記複数の分割電極のうちの１つを前記各スイッチを制御して選択し、
選択された前記第１の電極の分割電極と対向する前記第２の電極の複数の分割電極との間、または、選択された前記第２の電極の分割電極と対向する前記第１の電極の複数の分割電極との間、に選択的に前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記電源部は、ＣＭ（Clausius-Mossotti）因子の実数部の値が０となる交差周波数よりも低い周波数の低周波交流電圧と、前記交差周波数よりも高い周波数の高周波交流電圧と、を発生し、
前記制御部は、前記低周波交流電圧と前記高周波交流電圧とを前記第１の電極と前記第２の電極との間に選択的に印加することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記電源部は、ＣＭ因子の実数部の値が０となる交差周波数よりも低い周波数の低周波交流電圧を発生する低周波交流電源と、前記交差周波数よりも高い周波数の高周波交流電圧を発生する高周波交流電源と、を備え、
前記制御部は、前記低周波交流電源が発生する前記低周波交流電圧と、前記高周波交流電源が発生する前記高周波交流電圧と、を前記第１の電極と前記第２の電極との間に選択的に印加するように前記電源部からの前記交流電圧の供給を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の表示装置。
前記電源部は、ＣＭ因子の実数部の値が０となる交差周波数よりも低い周波数の低周波交流電圧を発生する低周波交流電源と、前記交差周波数よりも高い周波数の高周波交流電圧を発生する高周波交流電源と、を備え、
前記制御部は、前記第１の電極及び前記第２の電極ごとに、複数の分割電極のうちの１つを前記各スイッチを制御して選択し、前記低周波交流電源が発生する前記低周波交流電圧と、前記高周波交流電源が発生する前記高周波交流電圧と、を選択された前記第１の電極の分割電極と対向する前記第２の電極の複数の分割電極との間、または、選択された前記第２の電極の分割電極と対向する前記第１の電極の複数の分割電極との間、に選択的に交流電圧を印加するように前記電源部からの前記交流電圧の供給を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の表示装置。