JPWO2011111263A1

JPWO2011111263A1 - 表示素子、及びこれを用いた電気機器

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Publication number: JPWO2011111263A1
Application number: JP2012504277A
Authority: JP
Inventors: 俊植木; 俊樹松岡; 拓馬友利; 中村　浩三; 浩三中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2013-06-27
Also published as: CN102770803A; WO2011111263A1; EP2546694A1; US20120326956A1

Abstract

上部基板（第１の基板）（６）と、下部基板（第２の基板）（７）と、上部基板（６）及び下部基板（７）の間に形成された表示用空間（Ｋ）に対し、設定された有効表示領域（Ｐ１）及び非有効表示領域（Ｐ２）と、表示用空間（Ｋ）の内部に移動可能に封入された極性液体（１２）とを具備した表示素子（２）において、共通電極（第１の電極）（９）と、画素電極（第２の電極）（８）を設ける。さらに、表示用空間（Ｋ）では、極性液体（１２）が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域（Ｐ１）及び非有効表示領域（Ｐ２）を設定する。

Description

本発明は、極性液体を移動させることにより、画像や文字などの情報を表示する表示素子、及びこれを用いた電気機器に関する。

近年、表示素子では、エレクトロウェッティング方式の表示素子に代表されるように、外部電界による極性液体の移動現象を利用して、情報の表示を行うものが開発され、実用化されている。

具体的にいえば、上記のような従来の表示素子では、例えば下記特許文献１に記載されているように、第１及び第２の電極と、第１及び第２の基板と、これら基板間に形成された表示用空間の内部に封入されるとともに、所定の色に着色された極性液体としての着色液滴とが設けられている。そして、この従来の表示素子では、着色液滴に対し第１及び第２の電極を介在させて電界印加を行うことにより、着色液滴の形状を変化させて表示面側の表示色を変更するようになっていた。

また、この従来の表示素子では、第１の基板上に、着色液滴に対して電気的に絶縁された状態で、第１及び第２の電極を並設するとともに、これらの第１及び第２の電極と対向するように、第２の基板側に第３の電極を設ける。さらに、第１の電極の上方に遮光用のシェードを設置することにより、第１の電極側及び第２の電極側をそれぞれ非有効表示領域側及び有効表示領域側に設定して、第１及び第３の電極間または第２及び第３の電極間に電位差が生じるように電圧印加を行うことが提案されている。そして、この従来の表示素子では、着色液滴の形状を変化させる場合に比べ、着色液滴を第１の電極側または第２の電極側に高速に移動させて、表示面側の表示色も高速に変更可能とされていた。

特開２００４−２５２４４４号公報

ところで、上記のような従来の表示素子では、第１〜第３の各電極に対する印加電圧を調整することによって、遮光用のシェード（遮光膜）に対する着色液滴（極性液体）の位置（すなわち、有効表示領域内に移動した着色液滴の位置）をも調整して、中間調の表示を実施可能とされていた。

ところが、上記のような従来の表示素子では、着色液体自体によってユーザなどの観察者側に出射される光出射量が大きく変化して、表示品位が低下するという問題点を生じることがあった。特に、従来の表示素子では、中間調の表示を行った場合、着色液滴の位置や大きさ、あるいは観察者の視認方向などによっては、当該表示素子の非表示面側に設けられたバックライトからの光が着色液体によって遮られる量が異なるため、観察者側に出射される光出射量が大きく低減したり、逆に光漏れが発生したりする場合があり、その結果、表示素子を観視する方位角方向によっては所望の中間調の表示を行うことができずに、表示品位が低下することがあった。

上記の課題を鑑み、本発明は、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても所望の中間調表示を行うことができるようにし、表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子、及びこれを用いた電気機器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にかかる表示素子は、表示面側に設けられた第１の基板と、所定の表示用空間が前記第１の基板との間に形成されるように、当該第１の基板の非表示面側に設けられた第２の基板と、前記表示用空間に対し、設定された有効表示領域及び非有効表示領域と、前記表示用空間の内部で少なくとも前記有効表示領域側に移動可能に封入された極性液体とを具備し、前記極性液体を移動させることにより、前記表示面側の表示色を変更可能に構成された表示素子であって、
前記極性液体と接触するように、前記表示用空間の内部に設置された第１の電極、及び
前記極性液体及び前記第１の電極に対して電気的に絶縁された状態で、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた第２の電極を備え、
前記表示用空間では、前記極性液体が天地方向に沿って移動するように、前記有効表示領域及び前記非有効表示領域が設定されていることを特徴とするものである。

上記のように構成された表示素子では、表示用空間において、極性液体が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域及び非有効表示領域が設定されている。これにより、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても中間調の表示を行う際に、極性液体自体によってユーザなどの観察者側に出射される光出射量が大きく変化するのを抑えることが可能となる。この結果、上記従来例と異なり、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても所望の中間調表示を行うことができるようにし、表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子を構成することができる。

なお、ここでいう、天地方向とは、鉛直方向（重力の作用方向）に対して、重力の反作用方向に向かう方向で０度以上９０度未満の角度範囲内の所定の角度を有する方向をいう。すなわち、天地方向とは、表示素子の表示面が鉛直方向に対して、上記の角度範囲内の角度に設置された場合における、当該表示面の上下方向に一致するものである。

また、上記表示素子において、前記非有効表示領域は、前記第１及び第２の基板の他方側に設けられた遮光膜によって設定され、
前記有効表示領域は、前記遮光膜に形成された開口部によって設定されていることが好ましい。

この場合、表示用空間に対し、有効表示領域及び非有効表示領域を適切に、かつ、確実に設定することができる。

また、上記表示素子において、前記有効表示領域及び前記非有効表示領域は、鉛直方向と概ね平行になるように、設定されてもよい。

この場合、優れた表示品位を有する表示素子を容易に構成することができる。

また、上記表示素子において、前記第１及び第２の基板の一方側には、データ配線及びゲート配線がマトリクス状に設けられ、
前記第１及び第２の基板の他方側には、前記第１の電極としての平面状の透明電極が設けられ、
複数の各画素領域が、前記データ配線と前記ゲート配線との交差部単位に設けられ、
前記各画素領域には、前記データ配線及び前記ゲート配線に接続されたスイッチング素子、前記スイッチング素子に接続された前記第２の電極としての画素電極、及び前記画素電極に供給された電荷を保持するキャパシタが設けられてもよい。

この場合、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子を構成することができる。

また、上記表示素子において、前記画素電極として、反射電極が用いられてもよい。

この場合、表示素子の外部からの光を用いて、情報を表示することが可能となり、消費電力の少ないコンパクトな表示素子を容易に構成することができる。

また、上記表示素子において、前記キャパシタとして、前記画素電極を覆うように、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた誘電体層が用いられていることが好ましい。

この場合、ディスクリート部品からなるキャパシタの設置を省略することができ、構造簡単な表示素子を容易に構成することができる。

また、上記表示素子において、前記複数の画素領域が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられてもよい。

この場合、複数の各画素において対応する極性液体が適切に移動されることにより、カラー画像表示を行うことができる。

また、上記表示素子において、前記第１の電極として、前記表示用空間の内部に設置された信号電極が用いられ、
前記第２の電極として、前記有効表示領域及び前記非有効表示領域の一方側に設置されるように、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた参照電極、及び
前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の他方側に設置されるように、前記参照電極に対して電気的に絶縁された状態で、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた走査電極が用いられてもよい。

この場合、スイッチング素子を設けることなく、表示面側の表示色を変更することができ、構造簡単な表示素子を構成することができる。

また、上記表示素子において、複数の前記信号電極が、所定の配列方向に沿って設けられ、
複数の前記参照電極及び複数の前記走査電極が、互いに交互に、かつ、前記複数の信号電極と交差するように設けられ、
前記複数の信号電極に接続されるとともに、前記複数の各信号電極に対して、前記表示面側に表示される情報に応じて、所定の電圧範囲内の信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
前記複数の参照電極に接続されるとともに、前記複数の各参照電極に対して、前記極性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧と、前記極性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧との一方の電圧を印加する参照電圧印加部と、
前記複数の走査電極に接続されるとともに、前記複数の各走査電極に対して、前記極性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧と、前記極性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧との一方の電圧を印加する走査電圧印加部とを備えていることが好ましい。

この場合、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子を容易に構成することができる。

また、上記表示素子において、複数の各画素領域が、前記信号電極と前記走査電極との交差部単位に設けられていることが好ましい。

この場合、表示面側の複数の各画素において極性液体を移動させることにより、表示面側での表示色を画素単位に変更することができる。

また、上記表示素子において、前記参照電極及び前記走査電極の表面上には、誘電体層が積層されていることが好ましい。

この場合、誘電体層が極性液体に印加する電界を確実に大きくして、当該極性液体の移動速度をより容易に向上することができる。

また、上記表示素子において、前記表示用空間の内部には、前記極性液体と混じり合わない絶縁性流体が当該表示用空間の内部を移動可能に封入されていることが好ましい。

この場合、極性液体の移動速度の高速化を容易に図ることができる。

また、本発明の電気機器は、文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部を備えた電気機器であって、
前記表示部に、上記いずれかの表示素子を用いたことを特徴とするものである。

上記のように構成された電気機器では、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても所望の中間調表示を行うことができるようにし、表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子が表示部に用いられているので、優れた表示性能を有する電気機器を容易に構成することができる。

本発明によれば、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても所望の中間調表示を行うことができるようにし、表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子、及びこれを用いた電気機器を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図２は、図１に示した表示素子の画素領域での主要部の具体的な構成を説明する図である。図３は、表示面側から見た場合での図１に示した上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図４は、非表示面側から見た場合での図１に示した下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ黒色表示時及び白色表示時における、図１に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図６は、図１に示した表示素子での視野角特性を説明する図であり、図６（ａ）は具体的な視認箇所を説明する図であり、図６（ｂ）は天地方向の異なる角度での視野角特性を説明する図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ図６（ａ）に示した視認箇所における、天地方向及び左右方向での透過率の角度依存性を説明するグラフである。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ黒色表示時及び白色表示時における、本発明の第２の実施形態にかかる表示素子の要部構成を示す断面図である。図９は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図１０は、表示面側から見た場合での図９に示した上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１１は、非表示面側から見た場合での図９に示した下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、それぞれ黒色表示時及び白色表示時における、図９に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図１３は、図９に示した画像表示装置の動作例を説明する図である。図１４は、図９に示した表示素子での視野角特性を説明する図であり、図１４（ａ）は具体的な視認箇所を説明する図であり、図１４（ｂ）は天地方向の異なる角度での視野角特性を説明する図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、それぞれ図１４（ａ）に示した視認箇所における、天地方向及び左右方向での透過率の角度依存性を説明するグラフである。図１６は、本発明の第４の実施形態にかかる表示素子における、表示面側から見た場合での上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、それぞれ非ＣＦ着色表示時及びＣＦ着色表示時における、図１６に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図１８は、図１６に示した表示素子を用いた画像表示装置の動作例を説明する図である。

以下、本発明の表示素子及び電気機器の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、情報を表示可能な表示部を備えた画像表示装置に本発明を適用した場合を例示して説明する。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図１において、本実施形態の画像表示装置１では、本実施形態の表示素子２を用いた表示部が設けられており、この表示部には矩形状の表示面が構成されている。表示素子２には、表示制御部３と、この表示制御部３に接続されたソースドライバ４及びゲートドライバ５が設けられている。表示制御部３には、外部から映像信号が入力されるようになっており、表示制御部３は、入力された映像信号に基づいて、ソースドライバ４及びゲートドライバ５への各指示信号を作成して出力するよう構成されている。これにより、表示素子２では、映像信号に応じて、文字及び画像を含んだ情報が表示されるようになっている。

また、表示素子２は、図１の紙面に垂直な方向で互いに重ね合うように配置された上部基板６及び下部基板７を備えており、これらの上部基板６と下部基板７との重なり部分によって上記表示面の有効表示領域が形成されている（詳細は後述。）。

また、表示素子２では、データ配線としての複数のソース配線Ｓが互いに所定の間隔をおいて、かつ、Ｘ方向に沿ってストライプ状に設けられている。また、表示素子２では、複数のゲート配線Ｇが互いに所定の間隔をおいて、かつ、Ｙ方向に沿ってストライプ状に設けられている。これらのソース配線Ｓと、ゲート配線Ｇとは、例えば下部基板６上で互いに交差するようにマトリクス状に設けられており、表示素子２では、ソース配線Ｓとゲート配線Ｇとの交差部単位に、複数の各画素領域が設定されている。

また、これら複数のソース配線Ｓ及び複数のゲート配線Ｇは、それぞれソースドライバ４及びゲートドライバ５に接続されており、各ソース配線Ｓ及び各ゲート配線Ｇには、表示制御部３に入力された映像信号に応じたソース信号（電圧信号）及びゲート信号がソースドライバ４及びゲートドライバ５からそれぞれ供給されるようになっている。

さらに、表示素子２では、後に詳述するように、上記複数の各画素領域が仕切壁にて区切られている。そして、表示素子２では、マトリクス状に設けられた複数の画素（表示セル）毎に、エレクトロウェッティング現象にて後述の極性液体を変形（移動）させ、表示面側での表示色を変更するようになっている。

ここで、図２〜図５も参照して、表示素子２の画素構造について具体的に説明する。

図２は、図１に示した表示素子の画素領域での主要部の具体的な構成を説明する図である。図３は、表示面側から見た場合での図１に示した上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図４は、非表示面側から見た場合での図１に示した下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ黒色表示時及び白色表示時における、図１に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。なお、図３及び図４では、図面の簡略化のために、上記表示面に設けられた複数の画素のうち、図１の左上端部に配設された９個の画素を図示している。また、図４では、図面の簡略化のために、上記ソース配線Ｓ及びゲート配線Ｇの図示は省略している。

図２に示すように、表示素子２では、複数の各画素領域がソース配線Ｓとゲート配線Ｇとの交差部単位に設定されており、この交差部の近傍には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＳＷ、第２の電極としての画素電極８、及びキャパシタＣが設けられている。すなわち、表示素子２では、各画素領域において、薄膜トランジスタＳＷのソース電極及びゲート電極がそれぞれソース配線Ｓ及びゲート配線Ｇに接続されている。また、この薄膜トランジスタＳＷのドレイン電極は、画素電極８に接続され、画素電極８は、当該画素電極８を覆うように下部基板７側に設けられた後述の誘電体層１４によって構成されたキャパシタＣに接続されている。そして、各画素領域では、薄膜トランジスタＳＷがゲート信号によってオン状態とされているときに、映像信号に応じた電圧がソース信号としてソース配線Ｓ及び薄膜トランジスタＳＷを介して画素電極８に供給されて、その電圧に応じた電荷がキャパシタＣ（誘電体層１４）にて保持されるようになっている。このように、表示素子２は、画素毎にスイッチング素子（アクティブ素子）を有するアクティブマトリクス駆動方式の上記表示部を構成している。

また、図２〜図５において、表示素子２は、表示面側に設けられた第１の基板としての上記上部基板６と、上部基板２の背面側（非表示面側）に設けられた第２の基板としての上記下部基板７とを備えている。また、表示素子２では、上部基板６と下部基板７が互いに所定の間隔をおいて配置されることにより、これら上部基板６及び下部基板７の間に所定の表示用空間Ｋが形成されている。また、この表示用空間Ｋの内部には、上記極性液体１２及びこの極性液体１２と混じり合わない絶縁性の着色されたオイル１３が当該表示用空間Ｋの内部で上記Ｙ方向（図４の上下方向）に移動可能に封入されており、極性液体１２は後述の非有効表示領域Ｐ２側から有効表示領域Ｐ１側に移動できるようになっている。

極性液体１２には、例えば溶媒としての水と、溶質としての所定の電解質を含んだ水溶液が用いられている。具体的には、例えば１ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）の水溶液が極性液体１２に用いられている。また、本実施形態では極性液体１２は、上記以外に何も加えられていないため無色透明となっている。しかし、この極性液体１２には、その密度や粘度、融点・沸点を調節するために低級アルコールやエチレングリコールなどの水溶性の液体が混入されていても良いし、また、赤や緑、青などに着色するために自己分散型顔料や水溶性染料などが混入されていても良い。

また、オイル１３には、例えば側鎖高級アルコール、側鎖高級脂肪酸、アルカン炭化水素、シリコーンオイル、マッチングオイルから選択された１種または複数種からなる無極性な溶媒に、例えば顔料や染料によって着色されたオイルが用いられている。また、このオイル１３は、極性液体１２のスライド移動に伴って、表示用空間Ｋの内部を移動するようになっている。

また、オイル１３は着色されているので、当該オイル１３は、各画素において、光の透過を許容または阻止するシャッターとして機能するようになっている。つまり、表示素子２の各画素では、後に詳述するように、オイル１３が表示用空間Ｋの内部で有効表示領域Ｐ１に位置する面積を変調することによって表示が光吸収状態と光透過状態とを切り替え得るように構成されている。

さらに、オイル１３は、例えばディスペンサー装置、またはインクジェット装置によって下部基板６上に塗布されることにより、画素領域単位に表示用空間Ｋの内部に封入される。

上部基板６には、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、上部基板６の非表示面側の表面には、遮光層１０及び第１の電極としての共通電極９が順次形成されている。

また、下部基板７には、上部基板６と同様に、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、下部基板７の表示面側の表面には、上記画素電極８及び上記薄膜トランジスタＳＷが設けられており、さらには、これらの画素電極８及び薄膜トランジスタＳＷを覆うように、上記誘電体層１４が形成されている。また、この誘電体層１４の表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられた第１のリブ部材１１ａ及び第２のリブ部材１１ｂを有するリブ１１が設けられている。さらに、下部基板７では、誘電体層１４及びリブ１１を覆うように、撥水膜１５が設けられている。なお、上記の説明以外に、薄膜トランジスタＳＷが誘電体層１４によって覆われていない構成でもよい。

また、下部基板７の背面側（非表示面側）には、例えば白色の照明光を発光するバックライト１６が一体的に組み付けられており、透過型の表示素子２が構成されている。尚、バックライト１６には、冷陰極蛍光管やＬＥＤなどの光源が用いられている。

画素電極８には、ＩＴＯ等の透明電極材料からなる透明電極が用いられている。また、この画素電極８は、有効表示領域Ｐ１の下方に設置されるように、下部基板７上に設けられている。また、薄膜トランジスタＳＷは、非有効表示領域Ｐ２の下方に設置されるように、下部基板７上に設けられている。

共通電極９には、画素電極８と同様に、ＩＴＯ等の透明電極材料からなる透明電極が用いられている。また、この共通電極９には、平面状の透明電極が用いられており、共通電極９は、表示面に設けられた全ての画素を覆うようになっている。

遮光層１０には、遮光膜としてのブラックマトリクス部１０ｓと、所定の形状を有するように構成された開口部１０ａとが設けられている。

また、表示素子２では、図３に例示するように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所に開口部１０ａが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部１０ｓが設けられている。つまり、表示素子２では、上記表示用空間Ｓに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）１０ｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部１０ｓに形成された開口部１０ａによって有効表示領域Ｐ１が設定されている。

さらに、表示素子２では、表示用空間Ｋにおいて、極性液体１２が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２が設定されている。具体的にいえば、表示面での上下方向（Ｙ方向）が鉛直方向に概ね平行となるように、画像表示装置１が設置された場合に、表示素子２では、その有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２もまた、鉛直方向と概ね平行になるように、設定されている。

また、表示素子２では、開口部１０ａの面積は、有効表示領域Ｐ１の面積に対し、同一または若干小さい値が選択されている。一方、ブラックマトリクス部１０ｓの面積は、非有効表示領域Ｐ２の面積に対し、同一または若干大きい値が選択されている。尚、図３では、隣接する画素の境界部を明確にするために、隣接する画素に応じた２つのブラックマトリクス部１０ｓ間の境界線を点線にて示しているが、実際の遮光層１０では、ブラックマトリクス部１０ｓ間の境界線は存在しない。

また、表示素子２では、上記仕切壁としてのリブ１１により表示用空間Ｋが画素領域Ｐ単位に区切られている。すなわち、表示素子２では、各画素の表示用空間Ｋは、図４に例示するように、互いに対向する適当な高さの２つの第１のリブ部材１１ａと、互いに対向する適当な高さの２つの第２のリブ部材１１ｂとによって区画されている。さらに、表示素子２では、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂによって極性液体１２が隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｋの内部に容易に流入するのが防がれている。すなわち、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂには、例えばネガタイプの光硬化性樹脂が用いられており、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂは光透過性を有している。また、これらの第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂでは、隣接する画素間で極性液体１２の流入出が防止されるように、誘電体層１４からの突出高さが決定されている。

尚、上記の説明以外に、例えば画素領域Ｐの四隅部に隙間が生じるように、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂを互いに分離させた構成でもよい。また、隣接する画素領域Ｐどうしが気密に区切られるように、上記枠状に構成されたリブ１１の先端部を上部基板２側に密接させてもよい。

誘電体層１４は、例えば窒化シリコン、酸化ハフニウム、二酸化チタン、あるいはチタン酸バリウムを含有した透明な誘電体膜によって構成されている。また、撥水膜１５には、透明な合成樹脂、好ましくは電圧印加時に極性液体１２に対し親水層となる、例えばフッ素系樹脂が使用されている。これにより、表示素子２では、下部基板７の表示用空間Ｋ側の表面側での極性液体１２との間の濡れ性（接触角）を大きく変化させることができ、極性液体１２の移動（変形）速度の高速化を図ることができる。

上記のように構成された表示素子２の各画素では、図５（ａ）に例示するように、オイル１３が開口部１０ａの下方で保持されると、バックライト１６からの光がオイル１３により遮光されて、黒色表示が行われる。一方、図５（ｂ）に例示するように、オイル１３がブラックマトリクス部１０ｓの下方で保持されると、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されることなく、開口部１０ａを通過することにより、当該バックライト１６の光による白色表示が行われる。

ここで、上記のように構成された本実施形態の画像表示装置１の表示動作について、具体的に説明する。

図１において、表示制御部３は、例えば同図の上側から下側に向かう所定の走査方向で、ゲートドライバ５からゲート配線Ｇに対して、薄膜トランジスタＳＷをオン状態とするゲート信号を順次出力させる。そして、薄膜トランジスタＳＷがオン状態となると、表示制御部３は、映像信号に応じたソース信号（電圧信号）を、ソースドライバ４から対応するソース配線Ｓに出力させる。これにより、対応する画素では、ソース配線Ｓからの電圧が画素電極８にかかり、キャパシタＣ（誘電体層１４）には電荷が蓄積される。また、この蓄積された電荷は、次にゲート配線Ｇが選択されるまでの１フレーム分の時間、キャパシタＣにて維持される。

また、表示素子２では、図５（ａ）に示した黒色表示が行われるときには、画素電極８と共通電極９との間の電位差が０Ｖとなるように、ソース信号がソースドライバ４からソース配線Ｓを介して画素電極８に出力される。このような電圧印加が画素電極８に行われると、その画素領域Ｐ内の極性液体１２は、図５（ａ）に示したように、比較的撥水膜と親和性の高いオイル１３が開口部１０ａの下方に位置するような状態となり、当該開口部１０ａを完全に覆った状態となる。この結果、表示素子２では、バックライト１６からの光は、オイル１３によって遮光されて黒色表示が行われる。

また、表示素子２では、図５（ｂ）に示した白色表示が行われるときには、画素電極８と共通電極９との間の電位差が所定の電圧値（例えば、１６Ｖ）となるように、ソース信号がソースドライバ４からソース配線Ｓを介して画素電極８に出力される。このような電圧印加が画素電極８に行われると、撥水膜１５の表面に電荷が蓄積され、親水性が高くなるため、その画素領域Ｐ内の極性液体１２は、図５（ｂ）に示したように、開口部１０ａ側の下方に位置する状態で保持される。この結果、表示素子２では、バックライト１６からの光は、オイル１３によって遮光されずに、ユーザなどの観察者側に出射されるのが許容されて、白色表示が行われる。

また、表示素子２では、画素電極８と共通電極９との間の電位差が０Ｖと上記所定の電圧値との間の電圧値となるように、ソース信号がソースドライバ４からソース配線Ｓを介して画素電極８に出力されると、その電圧値に応じた中間調の表示を行うことができる。すなわち、画素電極８に印加された電圧に応じて、オイル１３は、開口部１０ａの下方側に移動することにより、開口部１０ａに対する、オイル１３による遮蔽率が変化し、観察者側に出射されるバックライト１６からの光の出射量も変化することで中間調の表示を行うことができる。

以上のように構成された本実施形態の表示素子２では、表示用空間Ｋにおいて、極性液体１２が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２が設定されている。これにより、中間調の表示を行うときでも、極性液体１２自体によって観察者側に出射される光出射量が表示素子２の方位角方向に対して大きく変化するのを抑えることが可能となる。この結果、本実施形態では、上記従来例と異なり、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても中間調の表示を行う際に表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子２を構成することができる。

特に、本実施形態の表示素子２では、駅構内や斎場あるいは街の一角などで広告表示に用いられるとともに、表示面が鉛直方向（重力の作用方向）に沿って設置されるカラーコルトン等の画像表示装置（電気機器）１に適用した場合において、表示品位が低下するのを極力抑制することができる。

ここで、図６及び図７を参照して、本実施形態の表示素子２での効果について具体的に説明する。

図６は、図１に示した表示素子での視野角特性を説明する図であり、図６（ａ）は具体的な視認箇所を説明する図であり、図６（ｂ）は天地方向の異なる角度での視野角特性を説明する図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ図６（ａ）に示した視認箇所における、天地方向及び左右方向での透過率の角度依存性を説明するグラフである。

本願の発明者は、本実施形態の表示素子２での上述の効果を検証するために、図６（ａ）の点Ａにおいて、視認方向を変化させた場合での光出射量の変化について、シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、表示面が鉛直方向に沿って設置された場合において、図６（ｂ）に示すように、極性液体１２の先端が点Ａのほぼ下方に位置している状態（すなわち、完全な黒色表示とさせずに、若干の中間調の表示を行わせている状態）において、視認方向を変化させた場合での光出射量として、光の透過率を求めた。さらに、このシミュレーションでは、オイル１３の顔料の濃度を４ｗｔ％とし、上部基板６と下部基板７との間の寸法（セルギャップ寸法）を２０μｍとした。

図６（ｂ）に矢印Ｌ１にて例示するように、点Ａにおいて、天地方向の天側（重力の作用方向とは反対側）から表示素子２を視認した場合、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されずに、観察者側に出射されてその光に応じた輝度を有する表示が認められる。

また、図６（ｂ）に矢印Ｌ２にて示すように、点Ａにおいて、天地方向と直交する方向（表示面に対して垂直な方向）から表示素子２を視認した場合、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されずに、観察者側に出射されてその光に応じた輝度を有する表示が認められる。

一方、図６（ｂ）に矢印Ｌ３にて例示するように、点Ａにおいて、天地方向の地側（重力の作用方向側）から表示素子２を視認した場合、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されて、観察者側に出射されない。この結果、輝度を有する表示が認められずに、黒色表示として認識されてしまう。

さらに、点Ａにおいて、天地方向と直交する方向（表示面に対して垂直な方向）から表示素子２を視認した場合（つまり、図６（ｂ）に矢印Ｌ２にて示した場合）を０度とし、天地方向の天側及び地側をそれぞれ“＋”側及び“−側“としたときに、点Ａにおいて、視認方向を変化させた場合での透過率の角度依存性のシミュレーションの結果を図７（ａ）に示す。図７（ａ）の曲線６０にて示すように、天地方向の天側では、視認方向を変化させたときでも、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されず、透過率は、上記０度としたときと同じ値（曲線６０にて”１“にて示す）をとる。一方、曲線６０にて示すように、天地方向の地側に視認方向を変化させるにつれて、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されて、透過率は、小さい値となる。

以上のように、本実施形態の表示素子２では、表示用空間Ｋにおいて、極性液体１２及びオイル１３が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２が設定されているので、天地方向では、透過率の角度依存性が存在する。

これに対して、表示面の左右方向（すなわち、図６（ｂ）の紙面に垂直な方向）では、点Ａに対する視認方向を変化させても、バックライト１６からの光がオイル１３によって遮光されることはない。具体的には、図７（ｂ）に直線７０にて示すシミュレーションの結果から明らかなように、表示面の左右方向に視認方向を変化させても、バックライト１６からの光はオイル１３に遮光されず、透過率は全て同じ値となる。すなわち、本実施形態の表示素子２では、上記左右方向においては、透過率の角度依存性が存在しない。この結果、本実施形態の表示素子２では、上記カラーコルトン等の画像表示装置（電気機器）１に適用された場合において、観察者の視認方向によって、観察者側に出射される光出射量が大きく変化するのを抑えることができ、表示品位が低下するのを極力抑制することができることが確認された。

また、本実施形態の表示素子２では、非有効表示領域Ｐ２は上部基板６に設けられたブラックマトリクス部（遮光膜）１０ｓによって設定され、有効表示領域Ｐ１は開口部１０ａによって設定されているので、表示用空間Ｋに対し、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２を適切に、かつ、確実に設定することができる。

また、本実施形態の表示素子２では、ソース配線（データ配線）Ｓ及びゲート配線Ｇが下部基板７上でマトリクス状に設けられ、平面状の共通電極（透明電極）９が上部基板６に設けられている。また、本実施形態の表示素子２では、複数の各画素領域Ｐが、ソース配線Ｓとゲート配線Ｇとの交差部単位に設けられるとともに、各画素領域Ｐでは、表示用空間Ｋが適当な高さのリブ（仕切壁）１１にて区切られている。さらに、本実施形態の表示素子２では、各画素領域Ｐには、薄膜トランジスタ（スイッチング素子）ＳＷ、画素電極（第２の電極）８、及び誘電体層（キャパシタ）１４が設けられている。これにより、本実施形態では、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子２を構成することができる。

また、本実施形態の画像表示装置（電気機器）１では、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても中間調の表示を行う際に表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子２が表示部に用いられているので、優れた表示性能を有する画像表示装置１を容易に構成することができる。

［第２の実施形態］
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ黒色表示時及び白色表示時における、本発明の第２の実施形態にかかる表示素子の要部構成を示す断面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、画素電極（第２の電極）として、反射電極を用いた点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。

すなわち、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、本実施形態の表示素子２では、第２の電極として、反射電極１７が画素領域Ｐ毎に下部基板７上に設けられている。また、本実施形態の表示素子２では、第１の実施形態のものと異なり、バックライトの設置は省略されている。

そして、本実施形態の表示素子２では、図８（ａ）に例示するように、オイル１３が開口部１０ａの下方で保持されると、上部基板６側から入射された外部からの光がオイル１３により遮光されて、黒色表示が行われる。一方、図８（ｂ）に例示するように、オイル１３がブラックマトリクス部１０ｓの下方で保持されると、上記外部からの光はオイル１３に遮光されることなく、開口部１０ａを通過し、さらに反射電極１７によって外部側に反射されることにより、当該外部からの光による白色表示が行われる。

以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、画素電極（第２の電極）として、反射電極１７が用いられているので、表示素子２の外部からの光を用いて、情報を表示することが可能となる。この結果、バックライトの設置を省略することができ、消費電力の少ないコンパクトな表示素子２を容易に構成することができる。

［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、第１の電極としての信号電極と、第２の電極としての参照電極及び走査電極とを用いた点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。

すなわち、図９に示すように、本実施形態の画像表示装置１では、本実施形態の表示素子２’を用いた表示部が設けられており、この表示部には矩形状の表示面が構成されている。また、本実施形態の表示素子２’は、第１の実施形態のものと同様に、上部基板６と下部基板７との重なり部分によって上記表示面の有効表示領域が形成されている（詳細は後述。）。

また、表示素子２’では、複数の信号電極１８が互いに所定の間隔をおいて、かつ、Ｙ方向に沿ってストライプ状に設けられている。また、表示素子２’では、複数の参照電極１９及び複数の走査電極２０が、互いに交互に、かつ、Ｘ方向に沿ってストライプ状に設けられている。これら複数の信号電極１８と、複数の参照電極１９及び複数の走査電極２０とは、互いに交差するように設けられており、表示素子２’では、信号電極１８と走査電極２０との交差部単位に、複数の各画素領域が設定されている。

また、これら複数の信号電極１８、複数の参照電極１９、及び複数の走査電極２０は、互いに独立して、第１の電圧としてのＨｉｇｈ電圧（以下、“Ｈ電圧”という。）と、第２の電圧としてのＬｏｗ電圧（以下、“Ｌ電圧”という。）との間の所定の電圧範囲内の電圧が印加可能に構成されている（詳細は後述。）。

さらに、表示素子２’では、後に詳述するように、上記複数の各画素領域が仕切壁にて区切られている。そして、表示素子２’では、マトリクス状に設けられた複数の画素（表示セル）毎に、エレクトロウェッティング現象にて後述の極性液体１２’を移動させ、表示面側での表示色を変更するようになっている。

また、複数の信号電極１８、複数の参照電極１９、及び複数の走査電極２０では、各々一端部側が表示面の有効表示領域の外側に引き出されて、端子部１８ａ、１９ａ、及び２０ａが形成されている。

複数の信号電極１８の各端子部１８ａには、配線２１ａを介して信号ドライバ２１が接続されている。信号ドライバ２１は、信号電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各信号電極１８に対して、情報に応じた信号電圧Ｖｄを印加するように構成されている。

また、複数の参照電極１９の各端子部１９ａには、配線２２ａを介して参照ドライバ２２が接続されている。参照ドライバ２２は、参照電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各参照電極１９に対して、参照電圧Ｖｒを印加するように構成されている。

また、複数の走査電極２０の各端子部２０ａには、配線２３ａを介して走査ドライバ２３が接続されている。走査ドライバ２３は、走査電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各走査電極２０に対して、走査電圧Ｖｓを印加するように構成されている。

また、走査ドライバ２３では、複数の各走査電極２０に対して、上記極性液体が移動するのを阻止する非選択電圧と、極性液体が信号電圧Ｖｄに応じて移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を走査電圧Ｖｓとして印加するようになっている。また、参照ドライバ２２は、走査ドライバ２３の動作を参照して動作するように構成されており、参照ドライバ２２は、複数の各参照電極１９に対して、上記極性液体が移動するのを阻止する非選択電圧と、極性液体が信号電圧Ｖｄに応じて移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を参照電圧Ｖｒとして印加するようになっている。

そして、画像表示装置１では、走査ドライバ２３が例えば図９の上側から下側の各走査電極２０に対し、選択電圧を順次印加し、かつ、参照ドライバ２２が走査ドライバ２３の動作に同期して図９の上側から下側の各参照電極１９に対し、選択電圧を順次印加することにより、ライン毎の走査動作が行われるように構成されている（詳細は後述。）。

また、信号ドライバ２１、参照ドライバ２２、及び走査ドライバ２３には、直流電源または交流電源が含まれており、対応する信号電圧Ｖｄ、参照電圧Ｖｒ、及び走査電圧Ｖｓを供給するようになっている。

また、参照ドライバ２２は、参照電圧Ｖｒの極性を所定の時間（例えば、１フレーム）毎に切り替えるように構成されている。さらに、走査ドライバ２３は、参照電圧Ｖｒの極性の切り替えに対応して、走査電圧Ｖｓの各極性を切り替えるように構成されている。このように、参照電圧Ｖｒ及び走査電圧Ｖｓの各極性が所定の時間毎に切り替えられるので、参照電極１９及び走査電極２０に対して常時同じ極性の電圧を印加するときに比べて、これらの参照電極１９及び走査電極２０での電荷の局在化を防ぐことができる。さらに、電荷の局在化に起因する表示不良（残像現象）や信頼性（寿命低下）の悪影響を防止することができる。

ここで、図１０〜図１２も参照して、表示素子２’の画素構造について具体的に説明する。

図１０は、表示面側から見た場合での図９に示した上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１１は、非表示面側から見た場合での図９に示した下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、それぞれ黒色表示時及び白色表示時における、図９に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。なお、図１０及び図１１では、図面の簡略化のために、上記表示面に設けられた複数の画素のうち、図９の左上端部に配設された９個の画素を図示している（後掲の図１４においても、同様。）。

図１０〜図１２において、表示素子２’は、第１の実施形態のものと同様に、表示面側に設けられた第１の基板としての上記上部基板６と、上部基板６の背面側（非表示面側）に設けられた第２の基板としての上記下部基板７とを備えている。また、表示素子２’では、上部基板６及び下部基板７の間に所定の表示用空間Ｋが形成されている。また、この表示用空間Ｋの内部には、極性液体１２’及びオイル１３’が当該表示用空間Ｋの内部で上記Ｙ方向（図１０の上下左右方向）に移動可能に封入されており、極性液体１２’は有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動できるようになっている。

また、本実施形態の表示素子２’では、第１の実施形態と異なり、極性液体１２’として、例えば自己分散型顔料によって黒色に着色されたものが使用され、オイル１３’として、無色透明なオイルが用いられている。つまり、本実施形態の表示素子２’では、極性液体１２’が、各画素において、光の透過を許容または阻止するシャッターとして機能するようになっている。

また、本実施形態の表示素子２’の各画素では、後に詳述するように、極性液体１２’が表示用空間Ｋの内部を参照電極１９側（有効表示領域Ｐ１側）または走査電極２０側（非有効表示領域Ｐ２側）にスライド移動することによって表示色が黒色または白色に変更されるよう構成されている。

また、上部基板６の非表示面側の表面には、遮光層１０、第１の電極としての信号電極１８、及び撥水膜２４が順次形成されている。

また、下部基板７の表示面側の表面には、第２の電極としての上記参照電極１９及び上記走査電極２０が設けられており、さらに、これらの参照電極１９及び走査電極２０を覆うように、上記誘電体層１４が形成されている。また、この誘電体層１４の表示面側の表面には、第１の実施形態のものと同様に、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられた第１のリブ部材１１ａ及び第２のリブ部材１１ｂを有するリブ１１が設けられている。さらに、下部基板７では、誘電体層１４及びリブ１１を覆うように、撥水膜１５が設けられている。

遮光層１０には、第１の実施形態のものと同様に、遮光膜としてのブラックマトリクス部１０ｓと、所定の形状を有するように構成された開口部１０ａとが設けられている。

また、表示素子２’では、図１０に例示するように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所に開口部１０ａが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部１０ｓが設けられている。つまり、表示素子２’では、第１の実施形態のものと同様に、上記表示用空間Ｋに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）１０ｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部１０ｓに形成された開口部１０ａによって有効表示領域Ｐ１が設定されている。

さらに、表示素子２’では、表示用空間Ｋにおいて、極性液体１２’が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２が設定されている。具体的にいえば、表示面での上下方向（Ｙ方向）が鉛直方向に概ね平行となるように、画像表示装置１が設置された場合に、表示素子２’では、その有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２もまた、鉛直方向と概ね平行になるように、設定されている。

また、表示素子２’では、第１の実施形態のものと同様に、開口部１０ａの面積は、有効表示領域Ｐ１の面積に対し、同一または若干小さい値が選択されている。一方、ブラックマトリクス部１０ｓの面積は、非有効表示領域Ｐ２の面積に対し、同一または若干大きい値が選択されている。尚、図１０では、隣接する画素の境界部を明確にするために、隣接する画素に応じた２つのブラックマトリクス部１０ｓ間の境界線を点線にて示しているが、実際の遮光層１０では、ブラックマトリクス部１０ｓ間の境界線は存在しない。

また、表示素子２’では、第１の実施形態のものと同様に、上記仕切壁としてのリブ１１により表示用空間Ｋが画素領域Ｐ単位に区切られている。すなわち、表示素子２’では、各画素の表示用空間Ｋは、図１１に例示するように、互いに対向する適当な高さの２つの第１のリブ部材１１ａと、互いに対向する適当な高さの２つの第２のリブ部材１１ｂとによって区画されている。さらに、表示素子２’では、第１の実施形態のものと同様に、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂによって極性液体１２’が隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｋの内部に容易に流入するのが防がれている。すなわち、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂには、例えばネガタイプの光硬化性樹脂が用いられており、第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂは光透過性を有している。また、これらの第１及び第２のリブ部材１１ａ、１１ｂでは、隣接する画素間で極性液体１２’の流入出が防止されるように、誘電体層１４からの突出高さが決定されている。

参照電極１９及び走査電極２０には、酸化インジウム系（ＩＴＯ）、酸化スズ系（ＳｎＯ₂）、または酸化亜鉛系（ＡＺＯ、ＧＺＯ、あるいはＩＺＯ）などの透明な電極材料が用いられている。これらの各参照電極１９及び各走査電極２０は、スパッタ法等の公知の成膜方法により、下部基板７上に帯状に形成されている。

信号電極１８には、Ｙ方向に平行となるように配置された線状配線が用いられている。また、この信号電極１８には、ＩＴＯ等の透明電極材料が用いられている。さらに、信号電極１８は、遮光層１０上で、各画素領域ＰのＸ方向でのほぼ中心部を通るように設置されており、撥水膜２４を介して極性液体１２’に電気的に接触するように構成されている。これにより、表示素子２’では、表示動作時での極性液体１２’の応答性の向上が図られている。

また、撥水膜２４には、透明な合成樹脂、好ましくは電圧印加時に極性液体１２’に対し親水層となる、例えばフッ素系樹脂が使用されている。これにより、表示素子２’では、上部基板６の表示用空間Ｋ側の表面側での極性液体１２’との間の濡れ性（接触角）を大きく変化させることができ、極性液体１２’の移動（変形）速度の高速化を図ることができる。

上記のように構成された表示素子２’の各画素では、図１２（ａ）に例示するように、極性液体１２’がブラックマトリクス部１０ｓと参照電極１９との間で保持されると、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されることなく、開口部１０ａを通過することにより、当該バックライト１６の光による白色表示が行われる。一方、図１２（ｂ）に例示するように、極性液体１２’が開口部１０ａと走査電極２０との間で保持されると、バックライト１６からの光は極性液体１２’により遮光されて、黒色表示が行われる。

ここで、上記のように構成された本実施形態の画像表示装置１の表示動作について、図１３も参照して具体的に説明する。

図１３は、図９に示した画像表示装置の動作例を説明する図である。

図１３において、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、例えば同図の上側から下側に向かう所定の走査方向で、参照電極１９及び走査電極２０に対して、それぞれ参照電圧Ｖｒ及び走査電圧Ｖｓとして上記選択電圧を順次印加する。具体的には、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、参照電極１９及び走査電極２０に対して、選択電圧としてＨ電圧（第１の電圧）及びＬ電圧（第２の電圧）をそれぞれ順次印加して選択ラインとする走査動作を行う。また、この選択ラインでは、信号ドライバ２１は外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極１８に対して、Ｈ電圧またはＬ電圧を信号電圧Ｖｄとして印加する。これにより、選択ラインの各画素では、極性液体１２’が有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動されて、表示面側の表示色が変更される。

一方、非選択ライン、つまり残り全ての参照電極１９及び走査電極２０に対しては、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、それぞれ参照電圧Ｖｒ及び走査電圧Ｖｓとして上記非選択電圧を印加する。具体的には、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、残り全ての参照電極１９及び走査電極２０に対して、非選択電圧として、例えば上記Ｈ電圧とＬ電圧の中間の電圧である中間電圧（Ｍｉｄｄｌｅ電圧、以下、“Ｍ電圧”という。）を印加する。これにより、非選択ラインの各画素では、極性液体１２’が有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側で不必要な変動を生じることなく静止され、表示面側の表示色が変更されない。

上記のような表示動作を行う場合、参照電極１９、走査電極２０、及び信号電極１８への印加電圧の組み合わせは、表１に示されるものとなる。さらに、極性液体１２’の挙動及び表示面側の表示色は、表１に示すように、印加電圧に応じたものとなる。なお、表１では、Ｈ電圧、Ｌ電圧、及びＭ電圧をそれぞれ“Ｈ”、“Ｌ”、及び“Ｍ”にて略記している（後掲の表２〜表４でも同様。）。また、Ｈ電圧、Ｌ電圧、及びＭ電圧の具体的な値は、それぞれ例えば＋１６Ｖ、０Ｖ、及び＋８Ｖである。

＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＨ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、共にＨ電圧が印加されているので、これらの参照電極１９と信号電極１８との間には、電位差が生じていない。一方、信号電極１８と走査電極２０との間では、走査電極２０に対して、Ｌ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。このため、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている走査電極２０側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１２（ｂ）に例示したように、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１３’を参照電極１９側に移動させて、バックライト１６からの照明光が開口部１０ａに達するのを阻止する。これにより、表示面側での表示色は、極性液体１２’による黒色表示の状態となる。

一方、選択ラインにおいて、信号電極１８に対してＬ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、電位差が生じ、信号電極１８と走査電極２０との間には、電位差が生じていない。従って、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている参照電極１９側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１２（ａ）に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、バックライト１６からの照明光が開口部１０ａに達するのを許容する。これにより、表示面側での表示色は、上記照明光による白色表示の状態となる。

＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＨ電圧が印加されているときでは、極性液体１２’は現状の位置に静止した状態で維持されて、現状の表示色で維持される。すなわち、参照電極１９及び走査電極２０の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極１９と信号電極１８との間の電位差及び走査電極２０と信号電極１８との間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。この結果、表示色は、現状の黒色表示または白色表示から変更されずに維持される。

同様に、非選択ラインにおいて、信号電極１８に対してＬ電圧が印加されているときでも、極性液体１２’は現状の位置に静止した状態で維持されて、現状の表示色で維持される。すなわち、参照電極１９及び走査電極２０の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極１９と信号電極１８との間の電位差及び走査電極２０と信号電極１８との間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。

以上のように、非選択ラインにおいては、信号電極１８がＨ電圧及びＬ電圧のいずれかの電圧であっても、極性液体１２’は移動せずに、静止して、表示面側での表示色は変化しない。

一方、選択ラインにおいては、信号電極１８への印加電圧に応じて、上述のように、極性液体１２’を移動させることができ、表示面側での表示色を変更させることができる。

また、画像表示装置１では、表１に示した印加電圧の組み合わせによって、選択ライン上の各画素での表示色は、例えば図１３に示すように、各画素に対応する信号電極１８への印加電圧に応じて、上記照明光による白色または極性液体１２’による黒色となる。また、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３が、それぞれ参照電極１９及び走査電極２０の選択ラインを、例えば図１３の上から下へ走査動作を行う場合、画像表示装置１の表示部での各画素の表示色もまた同図１３の上から下に向かって順次変化することとなる。したがって、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３による選択ラインの走査動作を高速で行うことにより、画像表示装置１において、表示部での各画素の表示色も高速に変化させることが可能となる。さらに、選択ラインの走査動作に同期させて信号電極１８への信号電圧Ｖｄの印加を行うことにより、画像表示装置１では、外部からの画像入力信号に基づいて、動画像を含んだ種々の情報を表示することが可能となる。

また、参照電極１９、走査電極２０、及び信号電極１８への印加電圧の組み合わせは、表１に限定されるものではなく、表２に示すものでもよい。

すなわち、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、例えば同図の上側から下側に向かう所定の走査方向で、参照電極１９及び走査電極２０に対して、選択電圧としてＬ電圧（第２の電圧）及びＨ電圧（第１の電圧）をそれぞれ順次印加して選択ラインとする走査動作を行う。また、この選択ラインでは、信号ドライバ２１は外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極１８に対して、Ｈ電圧またはＬ電圧を信号電圧Ｖｄとして印加する。

一方、非選択ライン、つまり残り全ての参照電極１９及び走査電極２０に対しては、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、非選択電圧としてＭ電圧を印加する。

＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＬ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、共にＬ電圧が印加されているので、これらの参照電極１９と信号電極１８との間には、電位差が生じていない。一方、信号電極１８と走査電極２０との間では、走査電極２０に対して、Ｈ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。従って、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている走査電極２０側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１２（ｂ）に例示したように、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１３’を参照電極１９側に移動させて、バックライト１６からの照明光が開口部１０ａに達するのを阻止する。これにより、表示面側での表示色は、極性液体１２’による黒色表示の状態となる。

一方、選択ラインにおいて、信号電極１８に対してＨ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、電位差が生じ、信号電極１８と走査電極２０との間には、電位差が生じていない。従って、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている参照電極１９側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１２（ａ）に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、バックライト１６からの照明光が開口部１０ａに達するのを許容する。これにより、表示面側での表示色は、上記照明光による白色表示の状態となる。

＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＬ電圧が印加されているときでは、極性液体１２’は現状の位置に静止した状態で維持されて、現状の表示色で維持される。すなわち、参照電極１９及び走査電極２０の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極１９と信号電極１８との間の電位差及び走査電極２０と信号電極１８との間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。この結果、表示色は、現状の黒色表示または白色表示から変更されずに維持される。

同様に、非選択ラインにおいて、信号電極１８に対してＨ電圧が印加されているときでも、極性液体１２’は現状の位置に静止した状態で維持されて、現状の表示色で維持される。すなわち、参照電極１９及び走査電極２０の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極１９と信号電極１８との間の電位差及び走査電極２０と信号電極１８との間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。

以上のように、表２に示した場合でも、表１に示した場合と同様に、非選択ラインにおいては、信号電極１８がＨ電圧及びＬ電圧のいずれかの電圧であっても、極性液体１２’は移動せずに、静止して、表示面側での表示色は変化しない。

また、本実施形態の画像表示装置１では、表１及び表２に示した印加電圧の組み合わせ以外に、信号電極１８への印加電圧を、Ｈ電圧またはＬ電圧の２値だけではなく、これらのＨ電圧とＬ電圧との間の電圧を、表示面側に表示される情報に応じて変化させることもできる。すなわち、画像表示装置１では、信号電圧Ｖｄを制御することにより、階調表示が可能となる。これにより、表示性能に優れた表示素子２’を構成することができる。

以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。

すなわち、以上のように構成された本実施形態の表示素子２’では、表示用空間Ｋにおいて、極性液体１２’が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２が設定されている。これにより、中間調の表示を行うときでも、極性液体１２’自体によってユーザなどの観察者側に出射される光出射量が表示素子の方位角方向に対して大きく変化するのを抑えることが可能となる。この結果、本実施形態では従来例と異なり、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても中間調の表示を行う際に表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子２’を構成することができる。

特に、本実施形態の表示素子２’では、駅構内や斎場あるいは街の一角などで広告表示に用いられるとともに、表示面が鉛直方向（重力の作用方向）に沿って設置されるカラーコルトン等の画像表示装置（電気機器）１に適用した場合において、表示品位が低下するのを極力抑制することができる。

ここで、図１４及び図１５を参照して、本実施形態の表示素子２’での効果について具体的に説明する。

図１４は、図９に示した表示素子での視野角特性を説明する図であり、図１４（ａ）は具体的な視認箇所を説明する図であり、図１４（ｂ）は天地方向の異なる角度での視野角特性を説明する図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、それぞれ図１４（ａ）に示した視認箇所における、天地方向及び左右方向での透過率の角度依存性を説明するグラフである。

本願の発明者は、本実施形態の表示素子２’での上述の効果を検証するために、図１４（ａ）の点Ａ’において、視認方向を変化させた場合での光出射量の変化について、シミュレーションを行った。このシミュレーションでは、表示面が鉛直方向に沿って設置された場合において、図１４（ｂ）に示すように、極性液体１２’の先端が点Ａ’のほぼ下方に位置している状態（すなわち、完全な黒色表示とさせずに、若干の中間調の表示を行わせている状態）において、視認方向を変化させた場合での光出射量として、光の透過率を求めた。さらに、このシミュレーションでは、極性液体１２’の顔料の濃度を４ｗｔ％とし、上部基板６と下部基板７との間の寸法（セルギャップ寸法）を５０μｍとした。

図１４（ｂ）に矢印Ｌ１’にて例示するように、点Ａ’において、天地方向の地側（重力の作用方向）から表示素子２’を視認した場合、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されずに、観察者側に出射されてその光に応じた輝度を有する表示が認められる。

また、図１４（ｂ）に矢印Ｌ２’にて示すように、点Ａ’において、天地方向と直交する方向（表示面に対して垂直な方向）から表示素子２’を視認した場合、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されずに、観察者側に出射されてその光に応じた輝度を有する表示が認められる。

一方、図１４（ｂ）に矢印Ｌ３’にて例示するように、点Ａ’において、天地方向の天側（重力の作用方向とは反対側）から表示素子２’を視認した場合、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されて、観察者側に出射されない。この結果、輝度を有する表示が認められずに、黒色表示として認識されてしまう。

さらに、点Ａ’において、天地方向と直交する方向（表示面に対して垂直な方向）から表示素子２’を視認した場合（つまり、図１４（ｂ）に矢印Ｌ２’にて示した場合）を０度とし、天地方向の天側及び地側をそれぞれ“＋”側及び“−側“としたときに、点Ａ’において、視認方向を変化させた場合での透過率の角度依存性のシミュレーションの結果を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）の曲線８０にて示すように、天地方向の地側では、視認方向を変化させたときでも、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されず、透過率は、上記０度としたときと同じ値（曲線８０にて“１”にて示す）をとる。一方、曲線８０にて示すように、天地方向の天側に視認方向を変化させるにつれて、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されて、透過率は小さい値となる。

以上のように、本実施形態の表示素子２’では、表示用空間Ｋにおいて、極性液体１２’が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２が設定されているので、天地方向では、透過率の角度依存性が存在する。

これに対して、表示面の左右方向（すなわち、図１４（ｂ）の紙面に垂直な方向）では、点Ａ’に対する視認方向を変化させても、バックライト１６からの光が極性液体１２’によって遮光されることはない。具体的には、図１５（ｂ）に直線９０にて示すシミュレーションの結果から明らかなように、表示面の左右方向に視認方向を変化させても、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されず、透過率は全て同じ値となる。すなわち、本実施形態の表示素子２’では、上記左右方向においては、透過率の角度依存性が存在しない。この結果、本実施形態の表示素子２’では、上記カラーコルトン等の画像表示装置（電気機器）１に適用された場合において、観察者の視認方向によって、観察者側に出射される光出射量が大きく変化するのを抑えることができ、表示品位が低下するのを極力抑制することができることが確認された。

また、本実施形態の表示素子２’では、第１の電極として、表示用空間Ｋの内部に設置された信号電極１８が用いられ、第２の電極として、有効表示領域Ｐ１及び非有効表示領域Ｐ２の一方側及び他方側にそれぞれ設置されるように、下部基板７に設けられた参照電極１９及び走査電極２０が用いられている。これにより、本実施形態では、第１の実施形態のものと異なり、スイッチング素子を設けることなく、表示面側の表示色を変更することができ、構造簡単な表示素子２’を構成することができる。しかも、本実施形態の表示素子２’では、３つの電極を設けて、極性液体１２’をスライド移動させているので、極性液体１２’の形状を変化させるものに比べて、表示面側の表示色の切換速度の高速化及び省力化を容易に図ることができる。

また、本実施形態の表示素子２’では、信号ドライバ（信号電圧印加部）２１、参照ドライバ（参照電圧印加部）２２、及び走査ドライバ（走査電圧印加部）２３が信号電極１８、参照電極１９、及び走査電極２０に対して、信号電圧Ｖｄ、参照電圧Ｖｒ、及び走査電圧Ｖｓを印加するようになっている。これにより、本実施形態では、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子２’を容易に構成することができるとともに、各画素領域の表示色を適切に変更することができる。

［第４の実施形態］
図１６は、本発明の第４の実施形態にかかる表示素子における、表示面側から見た場合での上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、それぞれ非ＣＦ着色表示時及びＣＦ着色表示時における、図１６に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図において、本実施形態と上記第３の実施形態との主な相違点は、透明な開口部を有する遮光層に代えて、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ部を有するカラーフィルタ層を用いた点である。なお、上記第３の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。

すなわち、図１６に示すように、本実施形態の表示素子２’では、カラーフィルタ層２５が上部基板６の非表示面側の表面に形成されている。

カラーフィルタ（Color Filter）層２５には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、及び２５ｂと、遮光膜としてのブラックマトリクス部２５ｓとが設けられており、ＲＧＢの各色の画素を構成するようになっている。つまり、カラーフィルタ層２５では、図１６に例示するように、ＲＧＢのカラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、２５ｂがＸ方向に沿って順次設けられるとともに、各々３つのカラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、２５ｂがＹ方向に沿って設けられており、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ３個及び３個、合計９個の画素が配設されている。

また、表示素子２’では、図１６に例示するように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、及び２５ｂが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部２５ｓが設けられている。つまり、表示素子２’では、上記表示用空間Ｋに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）２５ｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部２５ｓに形成された開口部（つまり、いずれかのカラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、及び２５ｂ）によって有効表示領域Ｐ１が設定されている。

また、表示素子２’では、カラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、２５ｂの各面積は、有効表示領域Ｐ１の面積に対し、同一または若干小さい値が選択されている。一方、ブラックマトリクス部２５ｓの面積は、非有効表示領域Ｐ２の面積に対し、同一または若干大きい値が選択されている。尚、図１６では、隣接する画素の境界部を明確にするために、隣接する画素に応じた２つのブラックマトリクス部２５ｓ間の境界線を点線にて示しているが、実際のカラーフィルタ層２５では、ブラックマトリクス部２５ｓ間の境界線は存在しない。

上記のように構成された表示素子２’の各画素では、図１７（ａ）に例示するように、極性液体１２’がブラックマトリクス部２５ｓと参照電極１９との間で保持されると、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されることなく、バックライト１６からの光は極性液体１２’に遮光されることなく、カラーフィルタ部２５ｒを通過することにより、赤色表示（ＣＦ着色表示）が行われる。一方、図１７（ｂ）に例示するように、極性液体１２’がカラーフィルタ部２５ｒと走査電極２０との間で保持されると、バックライト１６からの光は極性液体１２’により遮光されて、黒色表示（非ＣＦ着色表示）が行われる。

ここで、上記のように構成された本実施形態の画像表示装置１の表示動作について、図１８も参照して具体的に説明する。

図１８は、図１６に示した表示素子を用いた画像表示装置の動作例を説明する図である。

図１８において、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、例えば同図の上側から下側に向かう所定の走査方向で、参照電極１９及び走査電極２０に対して、それぞれ参照電圧Ｖｒ及び走査電圧Ｖｓとして上記選択電圧を順次印加する。具体的には、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３は、参照電極１９及び走査電極２０に対して、選択電圧としてＨ電圧（第１の電圧）及びＬ電圧（第２の電圧）をそれぞれ順次印加して選択ラインとする走査動作を行う。また、この選択ラインでは、信号ドライバ２１は外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極１８に対して、Ｈ電圧またはＬ電圧を信号電圧Ｖｄとして印加する。これにより、選択ラインの各画素では、極性液体１２’が有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動されて、表示面側の表示色が変更される。

上記のような表示動作を行う場合、参照電極１９、走査電極２０、及び信号電極１８への印加電圧の組み合わせは、表３に示されるものとなる。さらに、極性液体１２’の挙動及び表示面側の表示色は、表３に示すように、印加電圧に応じたものとなる。

＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＨ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、共にＨ電圧が印加されているので、これらの参照電極１９と信号電極１８との間には、電位差が生じていない。一方、信号電極１８と走査電極２０との間では、走査電極２０に対して、Ｌ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。このため、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている走査電極２０側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１７（ｂ）に例示したように、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１３を参照電極１９側に移動させて、バックライト１６からの照明光がカラーフィルタ部２５ｒに達するのを阻止する。これにより、表示面側での表示色は、極性液体１２’による黒色表示（非ＣＦ着色表示）の状態となる。

一方、選択ラインにおいて、信号電極１８に対してＬ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、電位差が生じ、信号電極１８と走査電極２０との間には、電位差が生じていない。従って、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている参照電極１９側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１７（ａ）に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、バックライト１６からの照明光がカラーフィルタ部２５ｒに達するのを許容する。これにより、表示面側での表示色は、カラーフィルタ部２５ｒによる赤色表示（ＣＦ着色表示）の状態となる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、それらの極性液体１２’が非有効表示領域Ｐ２側に移動して、ＣＦ着色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。

＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＨ電圧が印加されているときでは、極性液体１２’は現状の位置に静止した状態で維持されて、現状の表示色で維持される。すなわち、参照電極１９及び走査電極２０の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極１９と信号電極１８との間の電位差及び走査電極２０と信号電極１８との間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。この結果、表示色は、現状の黒色表示またはＣＦ着色表示から変更されずに維持される。

また、画像表示装置１では、表１に示した印加電圧の組み合わせによって、選択ライン上の各画素での表示色は、例えば図１８に示すように、各画素に対応する信号電極１８への印加電圧に応じて、カラーフィルタ部２５ｒ、２５ｇ、２５ｂによるＣＦ着色（赤色、緑色、あるいは青色）または極性液体１２’による非ＣＦ着色（黒色）となる。また、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３が、それぞれ参照電極１９及び走査電極２０の選択ラインを、例えば図１８の上から下へ走査動作を行う場合、画像表示装置１の表示部での各画素の表示色もまた同図１８の上から下に向かって順次変化することとなる。したがって、参照ドライバ２２及び走査ドライバ２３による選択ラインの走査動作を高速で行うことにより、画像表示装置１において、表示部での各画素の表示色も高速に変化させることが可能となる。さらに、選択ラインの走査動作に同期させて信号電極１８への信号電圧Ｖｄの印加を行うことにより、画像表示装置１では、外部からの画像入力信号に基づいて、動画像を含んだ種々の情報を表示することが可能となる。

また、参照電極１９、走査電極２０、及び信号電極１８への印加電圧の組み合わせは、表３に限定されるものではなく、表４に示すものでもよい。

＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＬ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、共にＬ電圧が印加されているので、これらの参照電極１９と信号電極１８との間には、電位差が生じていない。一方、信号電極１８と走査電極２０との間では、走査電極２０に対して、Ｈ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。従って、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている走査電極２０側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１７（ｂ）に例示したように、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１３を参照電極１９側に移動させて、バックライト１６からの照明光がカラーフィルタ部２５ｒに達するのを阻止する。これにより、表示面側での表示色は、極性液体１２’による黒色表示（非ＣＦ着色表示）の状態となる。

一方、選択ラインにおいて、信号電極１８に対してＨ電圧が印加されているときでは、参照電極１９と信号電極１８との間では、電位差が生じ、信号電極１８と走査電極２０との間には、電位差が生じていない。従って、極性液体１２’は、信号電極１８に対して、電位差が生じている参照電極１９側に表示用空間Ｋの内部を移動する。この結果、極性液体１２’は、図１７（ａ）に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、バックライト１６からの照明光がカラーフィルタ部２５ｒに達するのを許容する。これにより、表示面側での表示色は、カラーフィルタ部２５ｒによる赤色表示（ＣＦ着色表示）の状態となる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、それらの極性液体１２’が非有効表示領域Ｐ２側に移動して、ＣＦ着色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。

＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極１８に対して例えばＬ電圧が印加されているときでは、極性液体１２’は現状の位置に静止した状態で維持されて、現状の表示色で維持される。すなわち、参照電極１９及び走査電極２０の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極１９と信号電極１８との間の電位差及び走査電極２０と信号電極１８との間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。この結果、表示色は、現状の黒色表示またはＣＦ着色表示から変更されずに維持される。

以上のように、表４に示した場合でも、表３に示した場合と同様に、非選択ラインにおいては、信号電極１８がＨ電圧及びＬ電圧のいずれかの電圧であっても、極性液体１２’は移動せずに、静止して、表示面側での表示色は変化しない。

また、本実施形態の画像表示装置１では、表３及び表４に示した印加電圧の組み合わせ以外に、信号電極１８への印加電圧を、Ｈ電圧またはＬ電圧の２値だけではなく、これらのＨ電圧とＬ電圧との間の電圧を、表示面側に表示される情報に応じて変化させることもできる。すなわち、画像表示装置１では、信号電圧Ｖｄを制御することにより、階調表示が可能となる。これにより、表示性能に優れた表示素子２’を構成することができる。

以上の構成により、本実施形態では、上記第３の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。すなわち、本実施形態では、上記従来例と異なり、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても中間調の表示を行う際に、角度によって色味の変化が発生することを抑制することができるので、表示品位が低下するのを避けることができる。また、本実施形態では、カラーフィルタ層２５が設けられているので、複数の画素領域Ｐが表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられることとなる。この結果、本実施形態では、複数の各画素において対応する極性液体１２が適切に移動されることにより、カラー画像表示を行うことができる。

尚、上記の実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記の説明では、表示部を備えた画像表示装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部が設けられた電気機器であれば何等限定されるものではなく、例えば電子手帳等のＰＤＡなどの携帯情報端末、パソコンやテレビなどに付随する表示装置、あるいは電子ペーパーその他、各種表示部を備えた電気機器に好適に用いることができる。

また、上記の説明では、極性液体への電界印加に応じて、当該極性液体を移動させるエレクトロウェッティング方式の表示素子を構成した場合について説明したが、本発明の表示素子は、これに限定されるものではなく、外部電界を利用して、表示用空間の内部で極性液体を動作させることにより、表示面側の表示色を変更可能な電界誘導型の表示素子であれば何等限定されるものではなく、電気浸透方式、電気泳動方式、誘電泳動方式などの他の方式の電界誘導型表示素子に適用することができる。

但し、上記各実施形態のように、エレクトロウェッティング方式の表示素子を構成する場合の方が、極性液体を低い駆動電圧で高速に移動させることが可能となる。また、エレクトロウェッティング方式の表示素子では、極性液体の移動に応じて表示色が変更されており、液晶層などの複屈折材料を用いた液晶表示装置等と異なり、情報表示に使用される、バックライトからの光や外光の光利用効率に優れた高輝度な表示素子を容易に構成できる点でも好ましい。

また、上記の説明では、有効表示領域及び非有効表示領域が鉛直方向と概ね平行になるように設定された場合について説明したが、本発明は、表示用空間において、極性液体が天地方向に沿って移動するように、有効表示領域及び非有効表示領域が設定されているものであれば何等限定されない。

但し、上記の各実施形態のように、有効表示領域及び非有効表示領域が鉛直方向と概ね平行になるように設定されている場合の方が、優れた表示品位を有する表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。

また、上記の説明では、塩化カリウムの水溶液を極性液体に用いた場合について説明したが、本発明の極性液体はこれに限定されるものではない。具体的にいえば、極性液体には、塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アルカリ金属水酸化物、酸化亜鉛、塩化ナトリウム、リチウム塩、リン酸、アルカリ金属炭酸塩、酸素イオン伝導性を有するセラミックスなどの電解質を含んだものを使用することができる。また、溶媒には、水以外に、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコールなどの有機溶媒を使用することもできる。さらに、本発明の極性液体には、ピリジン系、脂環族アミン系、または脂肪族アミン系などの陽イオンと、フッ化物イオンやトリフラート等のフッ素系などの陰イオンとを含んだイオン液体（常温溶融塩）を使用することもできる。

また、本発明の極性液体には、導電性を有する導電性液体と、所定以上の比誘電率、好ましくは１５以上の比誘電率を有する高誘電性を有する液体が含まれている。

但し、上記の各実施形態のように、所定の電解質を溶かした水溶液を極性液体に使用する場合の方が、取扱性に優れるとともに、製造が簡単な表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。

また、上記の説明では、無極性のオイルを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、極性液体と混じり合わない絶縁性流体であればよく、例えばオイルに代えて、空気を使用してもよい。また、オイルとして、シリコーンオイル、脂肪系炭化水素などを使用することができる。また、本発明の絶縁性流体には、所定以下の比誘電率、好ましくは５以下の比誘電率を有する流体が含まれている。

但し、上記の各実施形態のように、極性液体と相溶性がない無極性のオイルを用いた場合の方が、空気と極性液体とを用いる場合よりは、無極性のオイル中で極性液体の液滴がより移動し易くなって、当該極性液体を高速移動させることが可能となり、表示色を高速に切り換えられる点で好ましい。

また、上記第１及び第２の各実施形態の説明では、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用いた場合について説明したが、本発明のスイッチング素子はこれに限定されるものではなく、例えばＭＩＭ素子等の他のスイッチング素子を使用することもできる。

また、上記第１及び第２の各実施形態の説明では、キャパシタとして、画素電極を覆うように、下部基板（第１及び第２の基板の一方側）に設けられた誘電体層を用いた場合について説明したが、本発明のキャパシタは画素電極（第２の電極）に供給された電荷を保持することができるものであれば何等限定されない。具体的には、コンデンサ（ディスクリート部品）をキャパシタとして設置したり、第１及び第２の基板の一方側の内部に画素電極を埋設した場合には、当該基板をキャパシタとして使用したりすることもできる。また、下部基板の画素電極上に撥水膜をコートした基板を画素ごとにキャパシタが形成された状態とみなして使用することもできる。

但し、上記の各実施形態のように、誘電体層を用いる場合の方が、ディスクリート部品からなるキャパシタの設置を省略することができ、構造簡単な表示素子を容易に構成することができる。

また、上記の説明では、黒色に着色された極性液体、もしくはオイルを用いた場合について説明したが、本発明の極性液体、もしくはオイルはこれに限定されるものではなく、例えば複数の画素領域が、表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられるように、ＲＧＢ、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）のＣＭＹ、またはＲＧＢＹＣなどに着色された複数色の極性液体、もしくはオイルを用いることもできる。このように着色された極性液体、もしくはオイルを用いた場合では、第４の実施形態において、そのカラーフィルタ層の設置を省略することができる。

また、上記第１、第３、及び第４の各実施形態の説明では、バックライトを備えた透過型の表示素子を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、拡散反射板などの光反射部を有する反射型や、前記光反射部とバックライトとを併用した半透過型の表示素子にも適用することができる。

また、上記第３及び第４の各実施形態の説明では、信号電極を上部基板（第１の基板）側に設けるとともに、参照電極及び走査電極を下部基板（第２の基板）側に設けた場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、極性液体と接触するように、表示用空間の内部に信号電極を設置し、かつ、極性液体及び互いに電気的に絶縁された状態で、参照電極及び走査電極を第１及び第２の基板の一方側に設けるものであればよい。具体的にいえば、例えば信号電極を第２の基板側やリブ上に設けるとともに、参照電極及び走査電極を第１の基板側に設けてもよい。

また、上記第３及び第４の各実施形態の説明では、参照電極及び走査電極を有効表示領域側及び非有効表示領域側にそれぞれ設置した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、参照電極及び走査電極を非有効表示領域側及び有効表示領域側にそれぞれ設置してもよい。

また、上記第３及び第４の各実施形態の説明では、参照電極及び走査電極を下部基板（第２の基板）の表示面側の表面に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁材料からなる上記第２の基板の内部に埋設した参照電極及び走査電極を用いることもできる。このように構成した場合には、第２の基板を誘電体層として兼用させることができ、当該誘電体層の設置を省略することができる。

また、上記第３及び第４の各実施形態の説明では、透明な電極材料を用いて参照電極及び走査電極を構成した場合について説明したが、本発明は参照電極及び走査電極のうち、画素の有効表示領域に対向するように設置される一方の電極だけを透明な電極材料によって構成すればよく、有効表示領域に対向されない他方の電極には、アルミニウム、銀、クロム、その他の金属などの不透明な電極材料を使用することができる。

また、上記第３及び第４の各実施形態の説明では、帯状の参照電極及び走査電極を用いた場合について説明したが、本発明の参照電極及び走査電極の各形状はこれに何等限定されない。例えば透過型に比べて、情報表示に用いられる光の利用効率が低下する反射型の表示素子では、線状や網状などの光ロスが生じ難い形状としてもよい。

また、上記第３及び第４の各実施形態の説明では、信号電極に線状配線を用いた場合について説明したが、本発明の信号電極はこれに限定されるものではなく、網状配線などの他の形状に形成された配線も使用することができる。

また、上記第４の実施形態の説明では、カラーフィルタ層を上部基板（第１の基板）の非表示面側の表面に形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の基板の表示面側の表面や下部基板（第２の基板）側にカラーフィルタ層を設置することもできる。このように、カラーフィルタ層を用いる場合の方が、複数色の極性液体を用意する場合に比べて、製造簡単な表示素子を容易に構成できる点で好ましい。また、このカラーフィルタ層に含まれたカラーフィルタ部（開口部）及びブラックマトリクス部（遮光膜）により、表示用空間に対し、有効表示領域及び非有効表示領域をそれぞれ適切に、かつ、確実に設定することができる点でも好ましい。

本発明は、観察者がどの方位角方向から表示を観視する場合においても所望の中間調表示を行うことができるようにし、表示品位が低下するのを抑制することができる表示素子、及びこれを用いた電気機器に対して有用である。

１画像表示装置（電気機器）
２、２’ 表示素子
６上部基板（第１の基板）
７下部基板（第２の基板）
８画素電極（第２の電極）
９共通電極（第１の電極）
１０遮光層
１０ａ開口部
１０ｓブラックマトリクス部（遮光膜）
１１リブ（仕切壁）
１１ａ第１のリブ部材
１１ｂ第２のリブ部材
１２、１２’ 極性液体
１３、１３’ オイル（絶縁性流体）
１４誘電体層（キャパシタ）
１７反射電極（第２の電極、画素電極）
１８信号電極（第１の電極）
１９参照電極（第２の電極）
２０走査電極（第２の電極）
２１信号ドライバ（信号電圧印加部）
２２参照ドライバ（参照電圧印加部）
２３走査ドライバ（走査電圧印加部）
２５カラーフィルタ層
２５ｒ、２５ｇ、２５ｂカラーフィルタ部（開口部）
２５ｓブラックマトリクス部（遮光膜）
Ｓソース配線（データ配線）
Ｇゲート配線
ＳＷ薄膜トランジスタ（スイッチング素子）
Ｋ表示用空間
Ｐ画素領域
Ｐ１有効表示領域
Ｐ２非有効表示領域

Claims

表示面側に設けられた第１の基板と、所定の表示用空間が前記第１の基板との間に形成されるように、当該第１の基板の非表示面側に設けられた第２の基板と、前記表示用空間に対し、設定された有効表示領域及び非有効表示領域と、前記表示用空間の内部で少なくとも前記有効表示領域側に移動可能に封入された極性液体とを具備し、前記極性液体を移動させることにより、前記表示面側の表示色を変更可能に構成された表示素子であって、
前記極性液体と接触するように、前記表示用空間の内部に設置された第１の電極、及び
前記極性液体及び前記第１の電極に対して電気的に絶縁された状態で、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた第２の電極を備え、
前記表示用空間では、前記極性液体が天地方向に沿って移動するように、前記有効表示領域及び前記非有効表示領域が設定されている、
ことを特徴とする表示素子。
前記非有効表示領域は、前記第１及び第２の基板の他方側に設けられた遮光膜によって設定され、
前記有効表示領域は、前記遮光膜に形成された開口部によって設定されている請求項１に記載の表示素子。
前記有効表示領域及び前記非有効表示領域は、鉛直方向と概ね平行になるように、設定されている請求項１または２に記載の表示素子。
前記第１及び第２の基板の一方側には、データ配線及びゲート配線がマトリクス状に設けられ、
前記第１及び第２の基板の他方側には、前記第１の電極としての平面状の透明電極が設けられ、
複数の各画素領域が、前記データ配線と前記ゲート配線との交差部単位に設けられ、
前記各画素領域には、前記データ配線及び前記ゲート配線に接続されたスイッチング素子、前記スイッチング素子に接続された前記第２の電極としての画素電極、及び前記画素電極に供給された電荷を保持するキャパシタが設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示素子。
前記画素電極として、反射電極が用いられている請求項４に記載の表示素子。
前記キャパシタとして、前記画素電極を覆うように、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた誘電体層が用いられている請求項４または５に記載の表示素子。
前記複数の画素領域が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられている請求項４〜６のいずれか１項に記載の表示素子。
前記第１の電極として、前記表示用空間の内部に設置された信号電極が用いられ、
前記第２の電極として、前記有効表示領域及び前記非有効表示領域の一方側に設置されるように、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた参照電極、及び
前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の他方側に設置されるように、前記参照電極に対して電気的に絶縁された状態で、前記第１及び第２の基板の一方側に設けられた走査電極が用いられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示素子。
複数の前記信号電極が、所定の配列方向に沿って設けられ、
複数の前記参照電極及び複数の前記走査電極が、互いに交互に、かつ、前記複数の信号電極と交差するように設けられ、
前記複数の信号電極に接続されるとともに、前記複数の各信号電極に対して、前記表示面側に表示される情報に応じて、所定の電圧範囲内の信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
前記複数の参照電極に接続されるとともに、前記複数の各参照電極に対して、前記極性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧と、前記極性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧との一方の電圧を印加する参照電圧印加部と、
前記複数の走査電極に接続されるとともに、前記複数の各走査電極に対して、前記極性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧と、前記極性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧との一方の電圧を印加する走査電圧印加部とを備えている請求項８に記載の表示素子。
複数の各画素領域が、前記信号電極と前記走査電極との交差部単位に設けられている請求項９に記載の表示素子。
前記参照電極及び前記走査電極の表面上には、誘電体層が積層されている請求項８〜１０のいずれか１項に記載の表示素子。
前記複数の画素領域が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられている請求項８〜１１のいずれか１項に記載の表示素子。
前記表示用空間の内部には、前記極性液体と混じり合わない絶縁性流体が当該表示用空間の内部を移動可能に封入されている請求項１〜１２のいずれか１項に記載の表示素子。
文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部を備えた電気機器であって、
前記表示部に、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の表示素子を用いたことを特徴とする電気機器。