WO2012066970A1 - 表示素子、及びこれを用いた電気機器 - Google Patents

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WO2012066970A1
WO2012066970A1 PCT/JP2011/075652 JP2011075652W WO2012066970A1 WO 2012066970 A1 WO2012066970 A1 WO 2012066970A1 JP 2011075652 W JP2011075652 W JP 2011075652W WO 2012066970 A1 WO2012066970 A1 WO 2012066970A1
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display
polar liquid
voltage
electrode
display element
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PCT/JP2011/075652
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寺西知子
植木俊
友利拓馬
松岡俊樹
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シャープ株式会社
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Publication date
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    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
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    • G—PHYSICS
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    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
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    • G09G3/3433—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using light modulating elements actuated by an electric field and being other than liquid crystal devices and electrochromic devices
    • G09G3/348—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using light modulating elements actuated by an electric field and being other than liquid crystal devices and electrochromic devices based on the deformation of a fluid drop, e.g. electrowetting

Definitions

  • the present invention relates to a display element that displays information such as images and characters by moving a polar liquid, and an electrical device using the display element.
  • a display space is formed between the first and second substrates, and ribs (partitions) are formed.
  • the interior of the display space is partitioned according to a plurality of pixel regions by a wall.
  • a conductive liquid (polar liquid) is sealed, and a signal electrode, a scan electrode and a reference electrode (reference electrode) provided in parallel to each other are provided. It was provided to cross.
  • the conductive liquid is moved to the scan electrode side or the reference electrode side to display. The display color on the face side was changed.
  • the conductive liquid when a voltage is applied, the conductive liquid may be coalesced between adjacent pixel regions. As a result, in the conventional display element, the amount of the conductive liquid in the pixel region becomes inadequate, which may cause display defects such as point defects.
  • the pixel region in order to improve the moving speed of the conductive liquid inside the pixel region, the pixel region is not completely sealed by the rib, and is configured in a rectangular shape, for example. In the four corners of the pixel area, there are provided gaps that allow the interiors of adjacent pixel areas to communicate with each other. For this reason, in the conventional display element, when the conductive liquid is moved by applying a voltage, the oil may flow violently according to the movement of the conductive liquid. As a result, in the conventional display element, the conductive liquid may be excessively deformed and may contact the conductive liquid in the adjacent pixel region through the gap.
  • the conductive liquids When the conductive liquids are in contact with each other in this way, the conductive liquids have a high surface tension, and thus the conductive liquids are instantaneously united (integrated). As a result, in the conventional display element, the amount of the conductive liquid in the pixel region becomes inadequate, which may cause display defects such as point defects.
  • the conductive liquids in the adjacent pixel regions may be united by increasing the width of the ribs that divide the adjacent pixel regions.
  • the aperture ratio of the display element is lowered, and there is a new problem that high-definition display cannot be performed.
  • the gap may be reduced, or the pixel area may be partitioned airtightly (completely). This causes a new problem that the moving speed of the ionic liquid is greatly reduced.
  • the present invention can prevent the occurrence of polar liquid coalescence between adjacent pixel regions and can prevent display defects, and uses the same.
  • the purpose is to provide electrical equipment.
  • the display element according to the present invention is configured such that a predetermined display space is formed between the first substrate provided on the display surface side and the first substrate. , The second substrate provided on the non-display surface side of the first substrate, the effective display area and the non-effective display area set for the display space, and the effective inside the display space.
  • a display element configured to change a display color on the display surface side by moving the polar liquid, the polar liquid being movably sealed on the display area side or the ineffective display area side
  • a plurality of signal electrodes disposed in the display space so as to be in contact with the polar liquid and provided along a predetermined arrangement direction; Provided on one side of the first and second substrates in a state of being electrically insulated from the polar liquid so as to be installed on one side of the effective display area side and the non-effective display area side.
  • a plurality of scanning electrodes provided to intersect with the plurality of signal electrodes, A plurality of pixel regions provided in a unit of intersection between the signal electrode and the scanning electrode; A rib provided on at least one side of the first and second substrates so as to divide the inside of the display space according to each of the plurality of pixel regions, and the pixel region inside the display space
  • Each of which is movably sealed and includes an insulating fluid that does not mix with the polar liquid, A surfactant is added to at least one of the polar liquid and the insulating fluid.
  • the surfactant is added to at least one of the polar liquid and the insulating fluid.
  • the interfacial tension between the polar liquid and the insulating fluid can be weakened, and the coalescence of the polar liquid can be prevented from occurring between adjacent pixel regions.
  • the addition amount of each of the pixel regions in the surfactant is determined using a molar amount corresponding to the surface area of the polar liquid in the pixel region.
  • the addition amount of the surfactant can be set to an appropriate value, and it is possible to reliably prevent the polar liquid from being coalesced between the adjacent pixel regions.
  • the signal voltage is connected to the plurality of signal electrodes, and a signal voltage within a predetermined voltage range is applied to each of the plurality of signal electrodes according to information displayed on the display surface side.
  • a selection voltage that is connected to the plurality of scan electrodes and that allows the polar liquid to move within the display space in response to the signal voltage for each of the plurality of scan electrodes;
  • the display color of each pixel area can be changed appropriately.
  • the plurality of pixel regions may be provided in accordance with a plurality of colors capable of full color display on the display surface side.
  • a color image can be displayed by appropriately moving the corresponding polar liquid in each of the plurality of pixels.
  • the first liquid electrode is electrically insulated from the polar liquid and the scan electrode so as to be installed on the other side of the effective display area side and the ineffective display area side.
  • a plurality of reference electrodes provided on one side of the first and second substrates and provided to intersect with the plurality of signal electrodes;
  • a selection voltage that is connected to the plurality of reference electrodes and that allows the polar liquid to move within the display space in response to the signal voltage for each of the plurality of reference electrodes; It is preferable that a reference voltage application unit that applies one voltage of a non-selection voltage that prevents the polar liquid from moving inside the display space is provided.
  • a dielectric layer is laminated on the surfaces of the reference electrode and the scanning electrode.
  • the electric field applied to the polar liquid by the dielectric layer can be reliably increased, and the moving speed of the polar liquid can be improved more easily.
  • the ineffective display area is set by a light shielding film provided on one side of the first and second substrates,
  • the effective display area is preferably set by an opening formed in the light shielding film.
  • the electrical device of the present invention is an electrical device including a display unit that displays information including characters and images, Any one of the display elements described above is used for the display portion.
  • a display element that can prevent the coalescence of polar liquids between adjacent pixel regions and can prevent display defects is provided in the display portion. Since it is used, it is possible to easily configure a high-performance electric device including a display unit having excellent display quality.
  • a display element capable of preventing unification of polar liquids between adjacent pixel regions and preventing display failure, and an electric apparatus using the display element. It becomes possible to provide.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a display element and an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged plan view showing a main configuration of the upper substrate side shown in FIG. 1 when viewed from the display surface side.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view showing a main configuration of the lower substrate side shown in FIG. 1 when viewed from the non-display surface side.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are cross-sectional views showing the main configuration of the display element shown in FIG. 1 during non-CF color display and CF color display, respectively.
  • FIG. 5 is a view for explaining the surfactant in the polar liquid shown in FIG.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining the formation process of the reference electrode and the scan electrode shown in FIG.
  • FIG. 4A, and FIG. 6B is the formation of the dielectric layer shown in FIG. It is a figure explaining a process.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining the first and second rib member forming steps shown in FIG. 4A
  • FIG. 7B is the water repellent property shown in FIG. It is a figure explaining the formation process of a film
  • FIG. 8A is a diagram for explaining the polar liquid and oil filling step shown in FIG. 4A
  • FIG. 8B is a diagram for explaining the surfactant adding step shown in FIG.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining the process of forming the color filter layer shown in FIG. 4A
  • FIG. 9B shows the process of forming the water repellent film shown in FIG. It is a figure explaining.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining the process of forming the color filter layer shown in FIG. 4A
  • FIG. 9B shows the process of forming the water repellent film shown in FIG. It is a figure explaining.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining a process for forming the signal electrode shown in FIG. 4A
  • FIG. 10B is a diagram for explaining a final manufacturing process of the display element.
  • FIG. 11 (a) is a diagram for explaining the state of the polar liquid after the surfactant addition step shown in FIG. 8 (b) is completed
  • FIG. 11 (b) is shown in FIG. 10 (b). It is a figure explaining the state of the polar liquid after finishing the last manufacturing process shown.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an operation example of the image display device.
  • FIG. 13 (a) is a diagram for explaining a filling process of polar liquid and oil in the display element according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 13 (b) is a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is a diagram for explaining a surfactant application process in the display element according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 14B is a diagram illustrating the third embodiment of the present invention. It is a figure explaining the filling process of the polar liquid and oil in this display element.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a display element and an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • a display unit using the display element 10 of the present invention is provided, and a rectangular display surface is configured in the display unit. That is, the display element 10 includes an upper substrate 2 and a lower substrate 3 arranged so as to overlap each other in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. An effective display area on the display surface is formed (details will be described later).
  • a plurality of signal electrodes 4 are provided in stripes along the X direction at a predetermined interval from each other.
  • a plurality of reference electrodes 5 and a plurality of scanning electrodes 6 are provided alternately in a stripe pattern along the Y direction.
  • the plurality of signal electrodes 4, the plurality of reference electrodes 5, and the plurality of scan electrodes 6 are provided so as to intersect with each other.
  • the signal electrodes 4 and the scan electrodes 6 are in units of intersections. A plurality of pixel areas are set.
  • the plurality of signal electrodes 4, the plurality of reference electrodes 5, and the plurality of scan electrodes 6 are independently of each other a high voltage (hereinafter referred to as “H voltage”) as a first voltage and a second voltage.
  • H voltage high voltage
  • L voltage low voltage
  • the plurality of pixel regions are partitioned by a partition wall, and the plurality of pixel regions correspond to a plurality of colors capable of full color display on the display surface side.
  • a polar liquid described later is moved by an electrowetting phenomenon for each of a plurality of pixels (display cells) provided in a matrix, and the display color on the display surface side is changed. ing.
  • the plurality of reference electrodes 5, and the plurality of scanning electrodes 6, one end side is drawn out to the outside of the effective display area of the display surface to form terminal portions 4a, 5a, and 6a. ing.
  • a signal driver 7 is connected to each terminal portion 4a of the plurality of signal electrodes 4 via a wiring 7a.
  • the signal driver 7 constitutes a signal voltage application unit.
  • the signal driver 7 responds to the information for each of the plurality of signal electrodes 4.
  • the signal voltage Vd is applied.
  • a reference driver 8 is connected to each terminal portion 5a of the plurality of reference electrodes 5 via a wiring 8a.
  • the reference driver 8 constitutes a reference voltage application unit.
  • the reference driver 8 applies the reference voltage Vr to each of the plurality of reference electrodes 5. Is applied.
  • a scanning driver 9 is connected to each terminal portion 6a of the plurality of scanning electrodes 6 via a wiring 9a.
  • the scanning driver 9 constitutes a scanning voltage application unit.
  • the scanning voltage Vs is applied to each of the plurality of scanning electrodes 6. Is applied.
  • a non-selection voltage that prevents the polar liquid from moving with respect to each of the plurality of scan electrodes 6, and a selection voltage that allows the polar liquid to move according to the signal voltage Vd is applied as the scanning voltage Vs.
  • the reference driver 8 is configured to operate with reference to the operation of the scanning driver 9, and the reference driver 8 prevents the polar liquid from moving with respect to each of the plurality of reference electrodes 5.
  • One voltage of the non-selection voltage and the selection voltage that allows the polar liquid to move according to the signal voltage Vd is applied as the reference voltage Vr.
  • the scanning driver 9 sequentially applies the selection voltage to the scanning electrodes 6 from the left side to the right side of FIG. 1, for example, and the reference driver 8 is synchronized with the operation of the scanning driver 9.
  • the scanning operation is performed for each line by sequentially applying a selection voltage to the reference electrodes 5 from the left side to the right side of 1 (details will be described later).
  • the signal driver 7, the reference driver 8, and the scanning driver 9 include a DC power supply or an AC power supply, and supply corresponding signal voltage Vd, reference voltage Vr, and scanning voltage Vs. .
  • the reference driver 8 is configured to switch the polarity of the reference voltage Vr every predetermined time (for example, one frame).
  • the scanning driver 9 is configured to switch each polarity of the scanning voltage Vs in response to switching of the polarity of the reference voltage Vr.
  • FIG. 2 is an enlarged plan view showing a main configuration of the upper substrate side shown in FIG. 1 when viewed from the display surface side.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view showing a main configuration of the lower substrate side shown in FIG. 1 when viewed from the non-display surface side.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are cross-sectional views showing the main configuration of the display element shown in FIG. 1 during non-CF color display and CF color display, respectively.
  • FIG. 5 is a view for explaining the surfactant in the polar liquid shown in FIG.
  • FIG. 5 for simplification of the drawings, of the plurality of pixels provided on the display surface, twelve pixels disposed at the upper left end portion of FIG. 1 are illustrated. .
  • the color filter layer 11, the signal electrode 4, the reference electrode 5, the scanning electrode 6, the dielectric layer 13, and the ribs 14 are omitted for simplification of the drawing.
  • the display element 10 includes the upper substrate 2 as a first substrate provided on the display surface side, and a second substrate provided on the back side (non-display surface side) of the upper substrate 2.
  • the lower substrate 3 as a substrate is provided.
  • the upper substrate 2 and the lower substrate 3 are arranged at a predetermined distance from each other, so that a predetermined display space S is formed between the upper substrate 2 and the lower substrate 3. .
  • the polar liquid 16 and oil 17 as an insulating fluid that does not mix with the polar liquid 16 are contained in the display space S in the X direction (the left-right direction in FIG. 4).
  • the polar liquid 16 can move to the effective display area P1 side or the non-effective display area P2 side described later.
  • a predetermined amount of a surfactant is added and is present at the interface between the polar liquid 16 and the oil 17, and the polar liquid 16 and the oil The interfacial tension of 17 is lowered.
  • the display element 10 according to the present embodiment is configured to prevent the polar liquid 16 from being coalesced between adjacent pixel regions.
  • the polar liquid 16 for example, an aqueous solution containing water as a solvent and a predetermined electrolyte as a solute is used. Specifically, for example, an aqueous solution of 1 mmol / L potassium chloride (KCl) is used for the polar liquid 16.
  • the polar liquid 16 is a predetermined color, for example, a color colored black with a self-dispersing pigment.
  • the polar liquid 16 is colored black, the polar liquid 16 functions as a shutter that allows or blocks light transmission in each pixel. That is, in each pixel of the display element 10, as will be described in detail later, the polar liquid 16 moves inside the display space S on the reference electrode 5 side (effective display region P1 side) or on the scanning electrode 6 side (non-effective display region P2). The display color is changed to either black or RGB by sliding to the side).
  • the oil 17 is a non-polar, colorless and transparent oil composed of one or more selected from, for example, side chain higher alcohol, side chain higher fatty acid, alkane hydrocarbon, silicone oil, and matching oil. It has been.
  • the oil 17 moves in the display space S as the polar liquid 16 slides.
  • a transparent glass material such as a non-alkali glass substrate or a transparent transparent sheet material such as a transparent synthetic resin such as an acrylic resin is used.
  • a color filter layer 11 and a signal electrode 4 are sequentially formed on the surface of the upper substrate 2 on the non-display surface side, and a water repellent film 12 is provided so as to cover the color filter layer 11 and the signal electrode 4. It has been.
  • the lower substrate 3 is made of a transparent glass material such as a transparent glass material such as a non-alkali glass substrate or a transparent synthetic resin such as an acrylic resin, like the upper substrate 2. Further, the reference electrode 5 and the scan electrode 6 are provided on the surface of the lower substrate 3 on the display surface side, and a dielectric layer 13 is formed so as to cover the reference electrode 5 and the scan electrode 6. Is formed. Also, a frame-like rib having a first rib member 14a and a second rib member 14b provided on the surface of the dielectric layer 13 on the display surface side so as to be parallel to the Y direction and the X direction, respectively. 14 is provided. Further, the lower substrate 3 is provided with a water repellent film 15 so as to cover the dielectric layer 13 and the ribs 14.
  • a backlight 18 that emits white illumination light is integrally assembled on the back side (non-display surface side) of the lower substrate 3, and the transmissive display element 10 is configured.
  • the backlight 18 uses a light source such as a cold cathode fluorescent tube or an LED.
  • the color filter layer 11 includes red (R), green (G), and blue (B) color filter portions 11r, 11g, and 11b, and a black matrix portion 11s as a light shielding film.
  • the pixels of each color of RGB are configured. That is, in the color filter layer 11, as illustrated in FIG. 2, RGB color filter portions 11r, 11g, and 11b are sequentially provided along the X direction, and each of the four color filter portions 11r, 11g, and 11b is Y. A total of 12 pixels are arranged in the X direction and the Y direction, respectively, 3 pixels and 4 pixels.
  • each pixel region P in each pixel region P, one of RGB color filter portions 11r, 11g, and 11b is provided at a location corresponding to the effective display region P1 of the pixel.
  • a black matrix portion 11s is provided at a location corresponding to the ineffective display area P2. That is, in the display element 10, an ineffective display region P2 (non-opening portion) is set for the display space S by the black matrix portion (light-shielding film) 11s, and an opening portion (non-opening portion) formed in the black matrix portion 11s ( That is, the effective display area P1 is set by any one of the color filter portions 11r, 11g, and 11b).
  • the area of the color filter portions 11r, 11g, and 11b is selected to be the same or slightly smaller than the area of the effective display area P1.
  • the area of the black matrix portion 11s is selected to be the same or slightly larger than the area of the ineffective display area P2.
  • FIG. 2 in order to clarify the boundary portion between adjacent pixels, the boundary line between the two black matrix portions 11s corresponding to the adjacent pixels is indicated by a dotted line, but the actual color filter layer 11 Then, there is no boundary line between the black matrix portions 11s.
  • the display space S is divided in units of pixel areas P by the ribs 14 as the partition walls. That is, in the display element 10, the display space S of each pixel is formed by two first rib members 14a facing each other and two second rib members 14b facing each other, as illustrated in FIG. It is partitioned. Furthermore, in the display element 10, the first and second rib members 14 a and 14 b prevent the polar liquid 16 from flowing into the display space S of the adjacent pixel region P. That is, for example, an epoxy resin resist material is used for the first and second rib members 14a and 14b. In the first and second rib members 14a and 14b, the polar liquid 16 is interposed between adjacent pixels. The protrusion height (rib height) from the dielectric layer 13 is determined so as to prevent the inflow and outflow.
  • the present invention is not limited to this, and for example, a configuration in which gaps are provided at the four corners of the frame shape may be used.
  • the water-repellent films 12 and 15 are made of a transparent synthetic resin, preferably, for example, a fluorine resin that becomes a hydrophilic layer with respect to the polar liquid 16 when a voltage is applied. Thereby, in the display element 10, the wettability (contact angle) between the polar liquid 16 on each surface side on the display space S side of the upper substrate 2 and the lower substrate 3 can be greatly changed. The moving speed of 16 can be increased.
  • the dielectric layer 13 is made of a transparent dielectric film containing, for example, parylene, silicon nitride, hafnium oxide, zinc oxide, titanium dioxide, or aluminum oxide.
  • each of the water repellent films 12 and 15 is several tens of nm to several ⁇ m, and the specific thickness dimension of the dielectric layer 13 is several hundred nm. Further, the water repellent film 12 does not electrically insulate the signal electrode 4 from the polar liquid 16 and does not hinder the improvement of the response of the polar liquid 16.
  • a transparent electrode material such as indium oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), or zinc oxide (AZO, GZO, or IZO) is used.
  • ITO indium oxide
  • SnO 2 tin oxide
  • AZO zinc oxide
  • GZO GZO
  • IZO zinc oxide
  • the signal electrode 4 uses a linear wiring arranged so as to be parallel to the X direction.
  • the signal electrode 4 is made of a transparent electrode material such as ITO. Further, the signal electrode 4 is disposed on the color filter layer 11 so as to pass through the substantially central portion in the Y direction of each pixel region P, and is in electrical contact with the polar liquid 16 through the water repellent film 12. Is configured to do. Thereby, in the display element 10, the response of the polar liquid 16 during the display operation is improved.
  • a predetermined amount of surfactant 19 is present at the interface between the polar liquid 16 and the oil 17.
  • the surfactant 19 has a polar group 19a and a nonpolar group 19b.
  • the surfactant 19 is first added to the oil 17 as will be described in detail later. Thereafter, when the oil 17 comes into contact with the polar liquid 16, the surfactant 19 added to the oil 17 has its polar group 19a oriented toward the polar liquid 16 as shown in FIG.
  • the base 19b is oriented to the oil 17 side and the water repellent films 12 and 15 side.
  • the surfactant 19 is arranged in a self-assembled manner at each interface between the polar liquid 16 and the oil 17 and the water repellent films 12 and 15. Since the surfactant 19 has a polar group 19a, the surfactant 19 is hardly eluted into the nonpolar oil 17 at a predetermined addition amount.
  • the addition amount for each pixel region P is determined using the molar amount of the surface area of the polar liquid 16 in the pixel region P. Furthermore, the addition amount of the surfactant 19 is For each pixel region P, a value that can cover at least the interface between the polar liquid 16 and the oil 17, the interface between the polar liquid 16 and the water repellent film 12, and the interface between the polar liquid 16 and the water repellent film 15 is set.
  • the addition amount of the surfactant 19 is determined in terms of the molar amount [mol], and the predetermined amount is determined. As described above, the molar amount [mol] corresponding to the surface area of the polar liquid 16 is determined. It is determined by using.
  • the molar amount [mol] corresponding to the surface area of the polar liquid 16 is obtained as follows. First, the molar amount [mol] of the polar liquid 16 corresponding to the volume of the polar liquid 16 is calculated. Next, the surface area of the polar liquid 16 with respect to the volume of the polar liquid 16 (the contact area with the upper substrate 2 side, the contact area with the lower substrate 3 side, and the side area not in contact with the upper substrate 2 and the lower substrate 3) And the ratio of the total area). Then, the product of this ratio multiplied by the molar amount [mol] of the polar liquid 16 is defined as the molar amount [mol] corresponding to the surface area of the polar liquid 16.
  • the surfactant 19 when the addition amount of the surfactant 19 is less than a value that cannot cover each interface between the polar liquid 16 and the oil 17, and the water repellent films 12 and 15, that is, less than a necessary minimum value, the surfactant The effect of preventing the coalescence of the polar liquid 16 by 19 may not be obtained. More specifically, the case where the addition amount of the surfactant 19 is less than the minimum necessary value is a case where the addition amount is 10% or less of the molar amount [mol] of the surface area of the polar liquid 16.
  • the added molar amount of the surfactant 19 exceeds 100% of the molar amount [mol] of the surface area of the polar liquid 16, the excess surfactant 19 contains the polar liquid 16, the oil 17, and the water repellent film.
  • the surfactants 19 gather in the polar liquid 16 to form micelles.
  • the addition amount is further increased, the surfactant 19 forms reverse micelles in the oil 17 and floats in the oil 17.
  • the amount of the surfactant 19 added is too large, the liquid characteristics of the polar liquid 16 and the oil 17 may be changed, and the balance of the interfacial tension may be changed to affect the electrowetting characteristics. As a result, the operating characteristics of the display element 10 may be adversely affected.
  • the surfactant 19 those having a chemical structure appropriately selected according to the chemical structure and physical properties of the polar liquid 16, the oil 17, and the water repellent films 12 and 15 are used.
  • the surfactant 19 for example, an anionic (anionic) or nonionic (nonionic) surfactant or an amphoteric surfactant is used.
  • the anionic surfactants include fatty acid-based (anions) such as pure soap (fatty acid sodium), pure soap (fatty acid potassium), and sodium alphasulfo fatty acid ester, and linear alkylbenzenes.
  • Linear alkylbenzenes such as sodium sulfonates, higher alcohols (anions) such as sodium alkyl sulfates or sodium alkyl ether sulfates, alpha olefins such as sodium alpha olefins, And normal paraffinic ones such as sodium alkyl sulfonate.
  • nonionic surfactant examples include fatty acid-based (nonionic) compounds such as sucrose fatty acid ester sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, and fatty acid alkanolamide, and polyoxyethylene alkyl ether. Of higher alcohols (non-ionic) and alkylphenols such as polyoxyethylene alkylphenyl ether.
  • the zwitterionic surfactant includes an amino acid type such as sodium alkylamino fatty acid, a betaine type such as alkylbetaine, and an amine oxide type such as alkylamine oxide.
  • the cationic surfactants include those of quaternary ammonium salts such as alkyltrimethylammonium salts or dialkyldimethylammonium salts.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining the formation process of the reference electrode and the scan electrode shown in FIG. 4A
  • FIG. 6B is the formation of the dielectric layer shown in FIG. It is a figure explaining a process.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining the first and second rib member forming steps shown in FIG. 4A
  • FIG. 7B is the water repellent property shown in FIG. It is a figure explaining the formation process of a film
  • FIG. 8A is a diagram for explaining the polar liquid and oil filling step shown in FIG. 4A
  • FIG. 8B is a diagram for explaining the surfactant adding step shown in FIG.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining the process of forming the color filter layer shown in FIG. 4A, and FIG.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining a process for forming the signal electrode shown in FIG. 4A
  • FIG. 10B is a diagram for explaining a final manufacturing process of the display element.
  • a non-alkali glass substrate having a thickness of 0.7 mm is used as the lower substrate 3, and an ITO film having a thickness of 100 nm is formed on the surface of the lower substrate 3 by a sputtering method.
  • the electrode forming step on the lower substrate 3 side is performed, and the reference electrode 5 and the scanning electrode 6 are formed. Further, the reference electrode 5 and the scanning electrode 6 are provided so as to alternate with each other in the longitudinal direction of the pixel region P.
  • the dielectric layer 13 is formed. That is, a silicon nitride film was formed as the dielectric layer 13 on the lower substrate 3, the reference electrode 5, and the scanning electrode 6 by using, for example, a CVD method.
  • the film thickness of the dielectric layer 13 is, for example, 350 nm.
  • a process of forming the first and second rib members 14a and 14b is performed. Specifically, for example, the first and second rib members 14a and 14b using UV curable resin are formed on the surface of the dielectric layer 13 in units of the pixel region P by using a photolithography method. Thus, the installation process of installing the ribs (partition walls) 14 that divide the display space S on the lower substrate (one substrate) 3 side according to the plurality of pixel regions P provided on the display surface side is completed.
  • the specific dimensions in the X direction and Y direction of the pixel region P are 2.7 mm and 1.8 mm, respectively (corresponding to the dimensions in the X direction and Y direction of the display space S).
  • the height dimension from the dielectric layer 13 is, for example, 350 ⁇ m
  • the width dimensions in the X direction and the Y direction are, for example, 50 ⁇ m.
  • a film forming process of the water repellent film 15 is performed. That is, for example, a fluorine-based resin material is applied to each surface of the dielectric layer 13 and the first and second rib members 14a and 14b by a dipping method and baked at 80 ° C. for 30 minutes. 15 was deposited.
  • the film thickness of the water repellent film 15 is, for example, 60 nm.
  • a filling step for filling the intermediate substrate Sb1 with the polar liquid 16 and the oil 17 is performed.
  • the oil 17 is first filled and then the polar liquid 16 is filled.
  • each pixel region P partitioned by the first and second rib members 14a and 14b is filled with oil 17 by, for example, a dispenser device or an ink jet device.
  • the polar liquid 16 is filled into each pixel region P by, for example, a dispenser device or an inkjet device.
  • an addition step of adding the surfactant 19 to the intermediate substrate Sb1 is performed.
  • a surfactant 19 is added to the oil 17 in each pixel region P by, for example, a dispenser device or an ink jet device.
  • the surfactant 19 moves to the polar liquid 16 side in contact with the oil 17, and as illustrated in FIG. 5, the polar group 19a is oriented to the polar liquid 16 side, and the nonpolar group 19b is the oil 17 side. And oriented toward the water-repellent films 12 and 15.
  • a final finished substrate Sb2 on the lower substrate 3 side in which the polar liquid 16 to which the surfactant 19 is added and the oil 17 is held is obtained.
  • a non-alkali glass substrate having a thickness of 0.7 mm, for example, is used for the upper substrate 2, and the color filter portions 11r, 11g, 11b and black are used by, for example, photolithography.
  • the color filter layer 11 is formed by stacking the matrix portion 11 s on the surface of the upper substrate 2 to perform the CF forming step.
  • the color filter layer 11 uses a photosensitive resin (for example, photoreactive acrylic monomer) and a corresponding pigment, and has a thickness of, for example, about 2 ⁇ m.
  • an electrode forming process on the upper substrate 2 side is performed. That is, the signal electrode 4 is installed on the surface of the color filter layer 11 by fixing a thin wire made of, for example, ITO.
  • a film forming process of the water repellent film 12 is performed. That is, a water-repellent film 12 was formed by applying, for example, a fluorine-based resin material to the surfaces of the color filter layer 11 and the signal electrode 4 by dipping and baking at 80 ° C. for 30 minutes.
  • the film thickness of the water repellent film 12 is, for example, 60 nm.
  • the lower substrate 3 holding the polar liquid 16 and the oil 17 is integrated by assembling the upper substrate 2 from above using, for example, UV adhesive. Element 10 is completed.
  • the separation (gap) dimension between the upper substrate 2 and the lower substrate 3 is, for example, 400 ⁇ m.
  • FIG. 11 (a) is a diagram for explaining the state of the polar liquid after the surfactant addition step shown in FIG. 8 (b) is completed, and FIG. 11 (b) is shown in FIG. 10 (b). It is a figure explaining the state of the polar liquid after finishing the last manufacturing process shown.
  • the surfactant 19 in each of the four adjacent pixel regions will be described as an example.
  • the surfactant 19 naturally moves to the interface between the polar liquid 16 and the oil 17, and the polar group 19a and the nonpolar group 19b. Are present on the polar liquid 16 side and the oil 17 side, respectively.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an operation example of the image display device.
  • the reference driver 8 and the scanning driver 9 select the reference voltage Vr and the scanning voltage Vs as the reference voltage Vr and the scanning voltage Vs, respectively, with respect to the reference electrode 5 and the scanning electrode 6 in a predetermined scanning direction from the left side to the right side in FIG. Apply voltage sequentially.
  • the reference driver 8 and the scan driver 9 sequentially apply an H voltage (first voltage) and an L voltage (second voltage) as selection voltages to the reference electrode 5 and the scan electrode 6, respectively.
  • the scanning operation for selecting the line is performed.
  • the signal driver 7 applies the H voltage or the L voltage as the signal voltage Vd to the corresponding signal electrode 4 according to the image input signal from the outside.
  • the polar liquid 16 is moved to the effective display area P1 side or the non-effective display area P2 side, and the display color on the display surface side is changed.
  • the reference driver 8 and the scan driver 9 apply the non-selection voltage as the reference voltage Vr and the scan voltage Vs to the non-selected lines, that is, all the remaining reference electrodes 5 and scan electrodes 6, respectively.
  • the reference driver 8 and the scan driver 9 apply an intermediate voltage (Middle) that is, for example, an intermediate voltage between the H voltage and the L voltage to the remaining reference electrodes 5 and scan electrodes 6 as non-selection voltages. Voltage, hereinafter referred to as “M voltage”).
  • H voltage, L voltage, and M voltage are abbreviated as “H”, “L”, and “M”, respectively (the same applies to Table 2 described later).
  • Specific values of the H voltage, the L voltage, and the M voltage are, for example, + 16V, 0V, and + 8V, respectively.
  • ⁇ Operation on selected line> In the selection line, for example, when an H voltage is applied to the signal electrode 4, an H voltage is applied between the reference electrode 5 and the signal electrode 4. There is no potential difference with the electrode 4. On the other hand, since the L voltage is applied to the scan electrode 6 between the signal electrode 4 and the scan electrode 6, a potential difference is generated. Therefore, the polar liquid 16 moves in the display space S toward the scanning electrode 6 where a potential difference is generated with respect to the signal electrode 4. As a result, as illustrated in FIG. 4B, the polar liquid 16 is moved to the ineffective display area P ⁇ b> 2 side, and the oil 17 is moved to the reference electrode 5 side to illuminate light from the backlight 18. Is allowed to reach the color filter portion 11r.
  • the display color on the display surface side is in a red display (CF color display) state by the color filter unit 11r.
  • CF color display red display
  • the polar liquid 16 moves to the ineffective display area P ⁇ b> 2 side and CF colored display is performed, from the RGB pixels.
  • the red light, green light, and blue light are mixed with white light, and white display is performed.
  • the polar liquid 16 is maintained in a stationary state at the current position and is maintained in the current display color. That is, since the M voltage is applied to both the reference electrode 5 and the scan electrode 6, the potential difference between the reference electrode 5 and the signal electrode 4 and the potential difference between the scan electrode 6 and the signal electrode 4 are This is because the same potential difference occurs in both cases.
  • the polar liquid 16 does not move but remains stationary and the display color on the display surface side. Does not change.
  • the polar liquid 16 can be moved according to the voltage applied to the signal electrode 4 as described above, and the display color on the display surface side can be changed.
  • the display color at each pixel on the selected line is applied to the signal electrode 4 corresponding to each pixel, for example, as shown in FIG. 12 by the combination of the applied voltages shown in Table 1.
  • the color filter portions 11r, 11g, and 11b are CF colored (red, green, or blue) or the non-CF colored (black) by the polar liquid 16.
  • the reference driver 8 and the scanning driver 9 perform the scanning operation of the selection lines of the reference electrode 5 and the scanning electrode 6 respectively from the left to the right in FIG. 12, for example, each pixel in the display unit of the image display device 1 is scanned.
  • the display color also changes sequentially from left to right in FIG.
  • the image display apparatus 1 can perform various information including moving images based on an external image input signal. Can be displayed.
  • combinations of voltages applied to the reference electrode 5, the scan electrode 6, and the signal electrode 4 are not limited to Table 1 but may be those shown in Table 2.
  • the reference driver 8 and the scan driver 9 are, for example, in a predetermined scanning direction from the left side to the right side in the figure, with respect to the reference electrode 5 and the scan electrode 6 as L voltage (second voltage) and H as selection voltages.
  • a scanning operation is performed in which a voltage (first voltage) is sequentially applied to select lines.
  • the signal driver 7 applies the H voltage or the L voltage as the signal voltage Vd to the corresponding signal electrode 4 according to the image input signal from the outside.
  • the reference driver 8 and the scan driver 9 apply the M voltage as the non-selection voltage to the non-selected lines, that is, all the remaining reference electrodes 5 and scan electrodes 6.
  • the polar liquid 16 moves in the display space S toward the reference electrode 5 where a potential difference is generated with respect to the signal electrode 4.
  • the polar liquid 16 is moved to the effective display area P1 side, and the illumination light from the backlight 18 is prevented from reaching the color filter unit 11r.
  • the display color on the display surface side is in a black display (non-CF color display) state by the polar liquid 16.
  • the polar liquid 16 is maintained in a stationary state at the current position and is maintained at the current display color. That is, since the M voltage is applied to both the reference electrode 5 and the scan electrode 6, the potential difference between the reference electrode 5 and the signal electrode 4 and the potential difference between the scan electrode 6 and the signal electrode 4 are This is because the same potential difference occurs in both cases.
  • the polar liquid 16 can be moved according to the voltage applied to the signal electrode 4 as described above, and the display color on the display surface side can be changed.
  • the applied voltage to the signal electrode 4 is not limited to the binary value of the H voltage or the L voltage.
  • the voltage between the H voltage and the L voltage can be changed according to information displayed on the display surface side.
  • the image display device 1 can perform gradation display by controlling the signal voltage Vd. Thereby, the display element 10 excellent in display performance can be configured.
  • the surfactant 19 is added to the polar liquid 16 and the oil (insulating fluid) 17.
  • the interfacial tension between the polar liquid 16 and the oil 17 can be weakened.
  • the occurrence of coalescence of the liquid 16 can be prevented.
  • the display element 10 of the present embodiment can prevent display defects.
  • the occurrence of coalescence of the polar liquid 16 between the adjacent pixel regions P is prevented, so that the width of the rib 14 can be reduced and the aperture ratio of the display element 10 can be easily increased. be able to.
  • the gap between the ribs 14 between adjacent pixel regions P can be increased, and the moving speed of the polar liquid 16 can be easily increased.
  • the addition amount of the surfactant 19 for each pixel region P is determined by using the molar amount corresponding to the surface area of the polar liquid 16. Thereby, in this embodiment, the addition amount of the surfactant 19 can be set to an appropriate value, and the occurrence of coalescence of the polar liquid 16 between adjacent pixel regions P can be reliably prevented. it can.
  • the image display device (electric device) 1 of the present embodiment it is possible to prevent the polar liquid 16 from being coalesced between the adjacent pixel regions P, and to prevent display defects from occurring. Since the display element 10 that can be used is used for the display unit, a high-performance image display device (electric device) 1 including a display unit having excellent display quality can be easily configured.
  • the signal driver (signal voltage application unit) 7, the reference driver (reference voltage application unit) 8, and the scan driver (scan voltage application unit) 9 include the signal electrode 4, the reference electrode 5, The signal voltage Vd, the reference voltage Vr, and the scanning voltage Vs are applied to the scanning electrode 6. Accordingly, in the present embodiment, the matrix drive type display element 10 having excellent display quality can be easily configured, and the display color of each pixel region can be appropriately changed.
  • FIG. 13 (a) is a diagram for explaining a filling process of polar liquid and oil in the display element according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 13 (b) is a second embodiment of the present invention. It is a figure explaining the addition process of surfactant in the display element concerning.
  • the main difference between the present embodiment and the first embodiment is that a surfactant is added to the polar liquid.
  • symbol is attached
  • the filling step of filling the intermediate substrate Sb1 with the polar liquid 16 and the oil 17 is performed. Is done. More specifically, in the intermediate substrate Sb1, the oil 17 is filled into each pixel region P partitioned by the first and second rib members 14a and 14b by, for example, a dispenser device or an ink jet device. Subsequently, the polar liquid 16 is filled into each pixel region P by, for example, a dispenser device or an inkjet device.
  • an addition step of adding the surfactant 19 to the intermediate substrate Sb1 is performed.
  • a surfactant 19 is added to the polar liquid 16 in each pixel region P by, for example, a dispenser device or an ink jet device.
  • the surfactant 19 moves to the oil 17 side, and as illustrated in FIG. 5, the polar group 19a is oriented to the polar liquid 16 side, and the nonpolar group 19b is the oil 17 side and the water repellent film 12, Oriented to the 15th side.
  • a final finished substrate Sb2 on the lower substrate 3 side in which the polar liquid 16 to which the surfactant 19 is added and the oil 17 is held is obtained.
  • the present embodiment can achieve the same operations and effects as the first embodiment. Moreover, in this embodiment, since the surfactant 19 is added with respect to the polar liquid 16, the surfactant 19 can be functioned more reliably than the thing of 1st Embodiment. That is, in the present embodiment, the surfactant 19 can be surely made to reach the interface between the polar liquid 16 and the oil 17 as compared with the first embodiment.
  • FIG. 14A is a diagram for explaining a surfactant application process in the display element according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 14B is a diagram illustrating the third embodiment of the present invention. It is a figure explaining the filling process of the polar liquid and oil in this display element.
  • the main difference between this embodiment and the first embodiment is that a surfactant is applied on the water-repellent film on the lower substrate side.
  • symbol is attached
  • a coating process of applying the surfactant 19 on the water repellent film 15 is performed. Is called. Specifically, the surfactant 19 is applied to the intermediate substrate Sb1 so as to cover the water repellent film 15 in each pixel region P.
  • a filling step for filling the intermediate substrate Sb1 with the polar liquid 16 and the oil 17 is performed. More specifically, in the intermediate substrate Sb1, the oil 17 is filled into each pixel region P defined by the first and second rib members 14a and 14b by, for example, a dispenser device or an inkjet device. Subsequently, the polar liquid 16 is filled into each pixel region P by, for example, a dispenser device or an inkjet device. Thereafter, the surfactant 19 moves to the interface between the polar liquid 16 and the oil 17, and as illustrated in FIG. 5, the polar group 19a is oriented to the polar liquid 16 side, and the nonpolar group 19b is the oil 17 side. And oriented toward the water-repellent films 12 and 15. As a result, a final finished substrate Sb2 on the lower substrate 3 side in which the polar liquid 16 to which the surfactant 19 is added and the oil 17 is held is obtained.
  • the present embodiment can achieve the same operations and effects as the first embodiment.
  • the surfactant 19 may be applied on the water repellent film 12 on the upper substrate 2 side, or may be applied to both the water repellent films 12 and 15.
  • the present invention is an electric device provided with a display unit that displays information including characters and images.
  • the present invention is not limited in any way.
  • a portable information terminal such as a PDA such as an electronic notebook, a display device attached to a personal computer, a television, or the like, or an electronic paper or other electric device including various display units. it can.
  • the display element of the present invention is not limited to this. It is not limited as long as it is an electric field induction type display element that can change the display color on the display surface side by operating a polar liquid inside the display space using an external electric field. Instead, the present invention can be applied to other types of electric field induction display elements such as an electroosmosis method, an electrophoresis method, and a dielectrophoresis method.
  • the electrowetting type display element when configured as in the above embodiments, the polar liquid can be moved at a high speed with a low driving voltage. Further, in the electrowetting type display element, the display color is changed according to the movement of the polar liquid, and unlike a liquid crystal display device using a birefringent material such as a liquid crystal layer, it is used for information display. It is also preferable in that a high-luminance display element that is excellent in light utilization efficiency of light from the backlight and external light can be easily configured. Furthermore, since it is not necessary to provide a switching element for each pixel, it is also preferable in that a high-performance matrix driving display element having a simple structure can be configured at low cost.
  • the present invention is not limited in any way as long as a surfactant is added to at least one of a polar liquid and an insulating fluid.
  • a plurality of signal electrodes and a plurality of scanning electrodes are provided in a matrix so as to cross each other, and for each of a plurality of pixel regions provided in units of intersections between the signal electrodes and the scanning electrodes, A switching element such as a thin film transistor (TFT) is installed.
  • TFT thin film transistor
  • the scanning electrode is connected to the gate of the thin film transistor, and the voltage is applied from the scanning voltage application unit.
  • the signal electrode is connected to the source of the thin film transistor and voltage is applied from the signal voltage application unit, and the drain of the thin film transistor is connected to the pixel electrode provided for each pixel region to supply the voltage from the signal electrode.
  • the polar liquid may be moved.
  • the reference electrode and the reference driver reference voltage application unit
  • a transmissive display element including a backlight is configured.
  • the present invention is not limited to this, and a reflective type having a light reflecting portion such as a diffuse reflector.
  • the present invention can also be applied to a transflective display element in which the light reflecting portion and the backlight are used in combination.
  • polar liquids include zinc chloride, potassium hydroxide, sodium hydroxide, alkali metal hydroxide, zinc oxide, sodium chloride, lithium salt, phosphoric acid, alkali metal carbonate, oxygen ion conductivity.
  • polar liquids include zinc chloride, potassium hydroxide, sodium hydroxide, alkali metal hydroxide, zinc oxide, sodium chloride, lithium salt, phosphoric acid, alkali metal carbonate, oxygen ion conductivity.
  • Those containing an electrolyte such as ceramics can be used.
  • organic solvents such as alcohol, acetone, formamide, and ethylene glycol can also be used as the solvent.
  • the polar liquid of the present invention includes an ionic liquid containing a cation such as pyridine, alicyclic amine, or aliphatic amine, and an anion such as fluoride such as fluoride ion or triflate ( Room temperature molten salt) can also be used.
  • a cation such as pyridine, alicyclic amine, or aliphatic amine
  • an anion such as fluoride such as fluoride ion or triflate ( Room temperature molten salt) can also be used.
  • the polar liquid of the present invention includes a conductive liquid having conductivity and a liquid having a high dielectric constant having a specific dielectric constant of a predetermined value or higher, preferably 15 or higher.
  • the use of an aqueous solution in which a predetermined electrolyte is dissolved in a polar liquid is superior in handleability and can easily constitute a display element that is easy to manufacture. Is preferable.
  • the insulating fluid of the present invention includes a fluid having a relative dielectric constant of not more than a predetermined value, preferably not more than 5.
  • the use of nonpolar oil that is not compatible with polar liquid is more polar in the nonpolar oil than when air and polar liquid are used. It is preferable in that the liquid droplets can be moved more easily, the polar liquid can be moved at high speed, and the display color can be switched at high speed.
  • the signal electrode is provided on the upper substrate (first substrate) side and the reference electrode and the scanning electrode are provided on the lower substrate (second substrate) side has been described.
  • the signal electrode is installed inside the display space so as to be in contact with the polar liquid, and the reference electrode and the scan electrode are connected to the first and second electrodes while being electrically insulated from the polar liquid.
  • the signal electrode may be provided in the middle portion of the first and second substrates, and the reference electrode and the scan electrode may be provided on the first substrate side.
  • the present invention is not limited to this, and the reference electrode and the scan electrode May be installed on the non-effective display area side and the effective display area side, respectively.
  • the present invention is not limited to this, and the insulating material It is also possible to use a reference electrode and a scan electrode embedded in the second substrate.
  • the second substrate can be used as a dielectric layer, and the installation of the dielectric layer can be omitted.
  • the signal electrode may be directly provided on the first and second substrates also serving as the dielectric layer, and the signal electrode may be installed inside the display space.
  • the present invention is installed so as to face the effective display area of the pixel among the reference electrode and the scan electrode. It is sufficient that only one of the electrodes is made of a transparent electrode material, and an opaque electrode material such as aluminum, silver, chromium, or other metal can be used for the other electrode that is not opposed to the effective display area. .
  • the shapes of the reference electrode and the scan electrode of the present invention are not limited to this.
  • the shape may be such that light loss such as a line shape or a net shape hardly occurs.
  • the signal electrode of the present invention is not limited to this, and wiring formed in other shapes such as a mesh wiring may also be used. Can be used.
  • the present invention is not limited to this.
  • the plurality of pixel regions are provided in accordance with a plurality of colors capable of full color display on the display surface side.
  • a plurality of polar liquids colored in RGB, cyan (C), magenta (M), yellow (Y), CMY, or RGBYC can be used.
  • the color filter layer is formed on the non-display surface side of the upper substrate (first substrate).
  • the present invention is not limited to this, and the first substrate A color filter layer can be provided on the display surface side of the substrate or on the lower substrate (second substrate) side.
  • the color filter layer is preferable in that a display element which is easy to manufacture can be easily configured as compared with the case where a plurality of colors of polar liquids are prepared.
  • the color filter part (opening part) and the black matrix part (light-shielding film) included in the color filter layer appropriately and reliably provide an effective display area and an ineffective display area with respect to the display space. It is also preferable in that it can be set.
  • the present invention is directed to a display element that can prevent unification of polar liquids between adjacent pixel regions and can prevent display failure, and an electric device using the same. Useful.
  • Image display device (electric equipment) 2 Upper substrate (first substrate) 3 Lower substrate (second substrate) 4 Signal electrode 5 Reference electrode 6 Scan electrode 7 Signal driver (signal voltage application unit) 8 Reference driver (reference voltage application unit) 9 Scanning driver (scanning voltage application unit) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Display element 11 Color filter layer 11r, 11g, 11b Color filter part (opening part) 11s Black matrix (light shielding film) 13 Dielectric layer 14 Rib 14a First rib member 14b Second rib member 16 Polar liquid 17 Oil (insulating fluid) 19 Surfactant S Display space P Pixel area P1 Effective display area P2 Non-effective display area

Abstract

　上部基板（第１の基板）（２）と、下部基板（第２の基板）（３）と、上部基板（２）及び下部基板（３）の間に形成された表示用空間（Ｓ）の内部で有効表示領域（Ｐ１）側または非有効表示領域（Ｐ２）側に移動可能に封入された極性液体（１６）とを具備した表示素子（１０）において、複数の各画素領域（Ｐ）に極性液体（１６）と混じり合わないオイル（絶縁性流体）（１７）を封入する。さらに、極性液体（１６）及びオイル（１７）の少なくとも一方に、界面活性剤（１９）を添加する。

Description

表示素子、及びこれを用いた電気機器
　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の基板の間に表示用空間を形成するとともに、リブ（仕切壁）によって当該表示用空間の内部を複数の各画素領域に応じて区切っていた。また、この従来の表示素子では、上記の各画素領域において、導電性液体（極性液体）が封入されるとともに、信号電極と、互いに平行に設けられた走査電極及び基準電極（参照電極）とが交差するように設けられていた。そして、この従来の表示素子では、各画素領域において、信号電極、走査電極、及び基準電極に対し電圧印加を適宜行うことにより、導電性液体を走査電極側または基準電極側に移動させて、表示面側の表示色を変更するようになっていた。
国際公開第２００８／１５５９２５号パンフレット
　ところで、上記のような従来の表示素子では、各画素領域において、導電性液体（極性液体）の移動速度の高速化を容易に図るために、当該導電性液体と混じり合わないオイル（絶縁性流体）が封入されていた。
　ところが、上記のような従来の表示素子では、電圧印加が行われたときに、隣接する画素領域の間で導電性液体の合一が発生するおそれがあった。この結果、従来の表示素子では、画素領域内の導電性液体の液量が不適切なものとなって、点欠陥などの表示不良の問題点を生じるおそれがあった。
　具体的にいえば、従来の表示素子では、画素領域の内部での導電性液体の移動速度を向上させるために、画素領域はリブによって完全に密閉されておらず、例えば矩形状に構成された画素領域の四隅部に、隣接する画素領域の内部どうしが連通する隙間が設けられていた。このため、従来の表示素子では、電圧印加を行うことによって導電性液体を移動させたときに、この導電性液体の移動に応じて、オイルが激しく流動することがあった。これにより、従来の表示素子では、導電性液体が過剰に変形して、上記隙間を介して隣接する画素領域の導電性液体に接触することがあった。このように導電性液体どうしが接触すると、導電性液体は高い表面張力を有しているために、導電性液体は瞬時に合一（一体化）した。この結果、従来の表示素子では、画素領域内の導電性液体の液量が不適切なものとなって、点欠陥などの表示不良の問題点を生じるおそれがあった。
　尚、例えば隣接する画素領域を区切るリブの幅を広げることにより、当該隣接する画素領域の導電性液体どうしが合一になるのを防ぐことが考えられるが、このように構成した場合には、表示素子の開口率が低下し、さらには高精細な表示を行えないという新たな問題点を生じる。
　また、例えばリブの大きさや形状などを変更することにより、上記隙間を小さくしたり、気密に（完全に）画素領域を区切ったりすることも考えられるが、このように構成した場合には、導電性液体の移動速度が大幅に低下するという新たな問題点を生じる。
　上記の課題を鑑み、本発明は、隣接する画素領域の間で極性液体の合一が発生するのを防止することができ、表示不良が生じるのを防ぐ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前記有効表示領域側または前記非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るとともに、所定の配列方向に沿って設けられた複数の信号電極、
　前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の一方側に設置されるように、前記極性液体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るとともに、前記複数の信号電極と交差するように設けられた複数の走査電極、
　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た複数の画素領域、
　前記複数の各画素領域に応じて、前記表示用空間の内部を区切るように、前記第１及び第２の基板の少なくとも一方側に設けられたリブ、及び
　前記表示用空間の内部に前記画素領域毎に移動可能に封入されるとともに、前記極性液体と混じり合わない絶縁性流体を備え、
　前記極性液体及び前記絶縁性流体の少なくとも一方に、界面活性剤を添加し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表示素子では、界面活性剤が極性液体及び絶縁性流体の少なくとも一方に添加されている。これにより、上記従来例と異なり、極性液体と絶縁性流体の界面張力を弱めることができ、隣接する画素領域の間で極性液体の合一が発生するのを防止することができる。この結果、上記従来例と異なり、表示不良が生じるのを防ぐことができる。
　また、上記表示素子において、前記界面活性剤では、前記画素領域毎の添加量は前記画素領域における、前記極性液体の表面積分のモル量を用いて、定められていることが好ましい。
　この場合、界面活性剤の添加量を適切な値とすることができ、隣接する画素領域の間で極性液体の合一が発生するのを確実に防止することができる。
　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、各画素領域の表示色を適切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、前記極性液体及び前記走査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るとともに、前記複数の信号電極と交差するように設けられた複数の参照電極と、
　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が設けられていることが好ましい。
　この場合、スイッチング素子を画素領域毎に設けることなく、表示不良が生じるのを防ぐことができ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、前記非有効表示領域は、前記第１及び第２の基板の一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、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、隣接する画素領域の間で極性液体の合一が発生するのを防止することができ、表示不良が生じるのを防ぐことができる表示素子が表示部に用いられているので、優れた表示品位を有する表示部を備えた高性能な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、隣接する画素領域の間で極性液体の合一が発生するのを防止することができ、表示不良が生じるのを防ぐ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、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３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４（ａ）及び図４（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１に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。 図５は、図４（ａ）に示した極性液体内の界面活性剤を説明する図である。 図６（ａ）は、図４（ａ）に示した基準電極及び走査電極の形成工程を説明する図であり、図６（ｂ）は、図４（ａ）に示した誘電体層の形成工程を説明する図である。 図７（ａ）は、図４（ａ）に示した第１及び第２のリブ部材の形成工程を説明する図であり、図７（ｂ）は、図４（ａ）に示した撥水膜の形成工程を説明する図である。 図８（ａ）は、図４（ａ）に示した極性液体及びオイルの充填工程を説明する図であり、図８（ｂ）は、図５に示した界面活性剤の添加工程を説明する図である。 図９（ａ）は、図４（ａ）に示したカラーフィルタ層の形成工程を説明する図であり、図９（ｂ）は、図４（ａ）に示した撥水膜の形成工程を説明する図である。 図１０（ａ）は、図４（ａ）に示した信号電極の形成工程を説明する図であり、図１０（ｂ）は、上記表示素子の最終の製造工程を説明する図である。 図１１（ａ）は、図８（ｂ）に示した界面活性剤の添加工程を終えた後の極性液体の状態を説明する図であり、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）に示した最終の製造工程を終えた後の極性液体の状態を説明する図である。 図１２は、上記画像表示装置の動作例を説明する図である。 図１３（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる表示素子での極性液体及びオイルの充填工程を説明する図であり、図１３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態にかかる表示素子での界面活性剤の添加工程を説明する図である。 図１４（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子での界面活性剤の塗布工程を説明する図であり、図１４（ｂ）は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子での極性液体及びオイルの充填工程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、カラー画像表示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、本発明の表示素子１０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。すなわち、表示素子１０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２及び下部基板３を備えており、これらの上部基板２と下部基板３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１０では、複数の信号電極４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１０では、複数の参照電極５及び複数の走査電極６が、互いに交互に、かつ、Ｙ方向に沿ってストライプ状に設けられている。これら複数の信号電極４と、複数の参照電極５及び複数の走査電極６とは、互いに交差するように設けられており、表示素子１０では、信号電極４と走査電極６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４、複数の参照電極５、及び複数の走査電極６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１０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るとともに、複数の画素領域が、上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。そして、表示素子１０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４、複数の参照電極５、及び複数の走査電極６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４ａ、５ａ、及び６ａが形成されている。
　複数の信号電極４の各端子部４ａには、配線７ａを介して信号ドライバ７が接続されている。信号ドライバ７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４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５の各端子部５ａには、配線８ａを介して参照ドライバ８が接続されている。参照ドライバ８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５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６の各端子部６ａには、配線９ａを介して走査ドライバ９が接続されている。走査ドライバ９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６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９では、複数の各走査電極６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８は、走査ドライバ９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８は、複数の各参照電極５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９が例えば図１の左側から右側の各走査電極６に対し、選択電圧を順次印加し、かつ、参照ドライバ８が走査ドライバ９の動作に同期して図１の左側から右側の各参照電極５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７、参照ドライバ８、及び走査ドライバ９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８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９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５及び走査電極６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５及び走査電極６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２～図５も参照して、表示素子１０の画素構造について具体的に説明する。
　図２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３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４（ａ）及び図４（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１に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図５は、図４（ａ）に示した極性液体内の界面活性剤を説明する図である。
　なお、図２及び図３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１２個の画素を図示している。また、図５では、図面の簡略化のために、カラーフィルタ層１１、信号電極４、参照電極５、走査電極６、誘電体層１３、及びリブ１４の図示は省略している。
　図２～図４において、表示素子１０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２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３とを備えている。また、表示素子１０では、上部基板２と下部基板３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２及び下部基板３の間に所定の表示用空間Ｓが形成されている。また、この表示用空間Ｓの内部には、上記極性液体１６及びこの極性液体１６と混じり合わない絶縁性流体としてのオイル１７が当該表示用空間Ｓの内部で上記Ｘ方向（図４の左右方向）に移動可能に封入されており、極性液体１６は後述の有効表示領域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。
　さらに、本実施形態の表示素子１０では、後に詳述するように、所定量の界面活性剤が添加されており、極性液体１６とオイル１７との界面に存在して、これら極性液体１６とオイル１７の界面張力を下げるようになっている。そして、本実施形態の表示素子１０では、隣接する画素領域の間で極性液体１６の合一が発生するのを防げるように構成されている。
　極性液体１６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１６に用いられている。また、極性液体１６には、所定色、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ている。
　また、極性液体１６は黒色に着色されているので、当該極性液体１６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１０の各画素では、後に詳述するように、極性液体１６が表示用空間Ｓの内部を参照電極５側（有効表示領域Ｐ１側）または走査電極６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ＲＧＢのいずれかの色に変更されるよう構成されている。
　また、オイル１７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で、かつ、無色透明なオイルが用いられている。また、このオイル１７は、極性液体１６のスライド移動に伴って、表示用空間Ｓの内部を移動するようになっている。
　上部基板２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２の非表示面側の表面には、カラーフィルタ層１１及び信号電極４が順次形成されており、さらにはカラーフィルタ層１１及び信号電極４を覆うように撥水膜１２が設けられている。
　また、下部基板３には、上部基板２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３の表示面側の表面には、上記参照電極５及び上記走査電極６が設けられており、さらに、これらの参照電極５及び走査電極６を覆うように、誘電体層１３が形成されている。また、この誘電体層１３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１４ａ及び第２のリブ部材１４ｂを有する枠状のリブ１４が設けられている。さらに、下部基板３では、誘電体層１３及びリブ１４を覆うように、撥水膜１５が設けられている。
　また、下部基板３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１８が一体的に組み付けられており、透過型の表示素子１０が構成されている。尚、バックライト１８には、冷陰極蛍光管やＬＥＤなどの光源が用いられている。
　カラーフィルタ（Color Filter）層１１には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ部１１ｒ、１１ｇ、及び１１ｂと、遮光膜としてのブラックマトリクス部１１ｓ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１１では、図２に例示するように、ＲＧＢのカラーフィルタ部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂがＸ方向に沿って順次設けられるとともに、各々４つのカラーフィルタ部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ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４個、合計１２個の画素が配設されている。
　また、表示素子１０では、図２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１１ｒ、１１ｇ、及び１１ｂ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１１ｓが設けられている。つまり、表示素子１０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）１１ｓ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１１ｓ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１１ｒ、１１ｇ、及び１１ｂ）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１０では、カラーフィルタ部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ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１１ｓ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２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１１ｓ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１１では、ブラックマトリクス部１１ｓ間の境界線は存在しない。
　また、表示素子１０では、上記仕切壁としてのリブ１４により表示用空間Ｓが画素領域Ｐ単位に区切られている。すなわち、表示素子１０では、各画素の表示用空間Ｓは、図３に例示するように、互いに対向する２つの第１のリブ部材１４ａと、互いに対向する２つの第２のリブ部材１４ｂとによって区画されている。さらに、表示素子１０では、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂによって極性液体１６が隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｓの内部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１４ａ、１４ｂには、例えばエポキシ樹脂系レジスト材料が用いられており、これら第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂでは、隣接する画素間で極性液体１６の流入出が防止されるように、誘電体層１３からの突出高さ（リブ高さ）が決定されている。
　尚、上記の説明では、枠状のリブ１４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、例えば枠状の四隅部に隙間を設けた構成でもよい。
　撥水膜１２、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１６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１０では、上部基板２及び下部基板３の表示用空間Ｓ側の各表面側での極性液体１６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１６の移動速度の高速化を図ることができる。また、誘電体層１３は、例えばパリレンや窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、あるいは酸化アルミニ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。尚、各撥水膜１２、１５の具体的な厚さ寸法は、数十ｎｍ～数μｍであり、誘電体層１３の具体的な厚さ寸法は、数百ｎｍである。また、撥水膜１２は、信号電極４と極性液体１６とを電気的に絶縁することはなく、極性液体１６の応答性向上を阻害しないようになっている。
　参照電極５及び走査電極６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５及び各走査電極６は、スパッタ法等の公知の成膜方法により、下部基板３上に帯状に形成されている。
　信号電極４には、Ｘ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４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４は、カラーフィルタ層１１上で、各画素領域ＰのＹ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１２を介して極性液体１６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１０では、表示動作時での極性液体１６の応答性の向上が図られている。
　上記のように構成された表示素子１０の各画素では、図４（ａ）に例示するように、極性液体１６がカラーフィルタ部１１ｒと参照電極５との間で保持されると、バックライト１８からの光が極性液体１６により遮光されて、黒色表示（非ＣＦ着色表示）が行われる。一方、図４（ｂ）に例示するように、極性液体１６がブラックマトリクス部１１ｓと走査電極６との間で保持されると、バックライト１８からの光は極性液体１６に遮光されることなく、カラーフィルタ部１１ｒを通過することにより、赤色表示（ＣＦ着色表示）が行われる。
　ここで、図５も参照して、本実施形態の表示素子１０での上記界面活性剤について具体的に説明する。
　図５に例示するように、極性液体１６とオイル１７との界面には、所定量の界面活性剤１９が存在している。また、この界面活性剤１９は、極性基１９ａと、無極性基１９ｂを有している。また、本実施形態の表示素子１０では、界面活性剤１９は、後に詳述するように、まずオイル１７に添加される。その後、そのオイル１７が極性液体１６と接触することにより、オイル１７に添加された界面活性剤１９は、図５に示すように、その極性基１９ａが極性液体１６側に配向し、その無極性基１９ｂがオイル１７側及び撥水膜１２、１５側に配向する。そして、界面活性剤１９は、極性液体１６と、オイル１７及び撥水膜１２、１５のとの各界面に自己集合的に配列する。なお、界面活性剤１９は極性基１９ａを有するので、所定の添加量においては、界面活性剤１９は無極性のオイル１７中に溶出することはほとんどない。
　また、界面活性剤１９では、画素領域Ｐ毎の添加量は画素領域Ｐにおける、極性液体１６の表面積分のモル量を用いて、定められており、さらには界面活性剤１９の添加量は、画素領域Ｐ毎に、極性液体１６とオイル１７の界面、極性液体１６と撥水膜１２の界面、及び極性液体１６と撥水膜１５の界面を少なくとも覆うことができる値に設定されている。
　具体的にいえば、界面活性剤１９の添加量は、モル量［mol］に換算して所定量が決定されており、上述したように、極性液体１６の表面積分のモル量［mol］を用いて定められている。
　ここで、極性液体１６の表面積分のモル量［mol］は、以下のように求められる。まず、極性液体１６の体積分の当該極性液体１６のモル量［mol］を算出する。次に、極性液体１６の体積に対する、極性液体１６の表面積（上部基板２側との接触面積と、下部基板３側との接触面積と、上部基板２及び下部基板３に非接触である側面積との合計の面積）の比率を算出する。そして、この比率を極性液体１６のモル量［mol］に掛けたものを極性液体１６の表面積分のモル量［mol］とする。
　尚、界面活性剤１９の添加量が、極性液体１６とオイル１７、撥水膜１２及び１５の各界面を覆うことができない値、つまり必要最低限の値よりも少ない場合には、界面活性剤１９による極性液体１６の合一阻止の効果を得ることができないことがある。より具体的には、この界面活性剤１９の添加量が必要最低限の値よりも少ない場合とは、極性液体１６の表面積分のモル量［mol］の１０％以下である場合である。
　また、この界面活性剤１９の添加モル量が極性液体１６の表面積分のモル量［mol］の１００％を越える場合には、余分な界面活性剤１９が極性液体１６とオイル１７、撥水膜１２及び１５の各界面以外の箇所で浮遊し、さらに添加量が多くなると、極性液体１６中で界面活性剤１９どうしが集合してミセルを形成する。また、添加量がさらに多くなると、オイル１７中において、界面活性剤１９は逆ミセルを形成して、当該オイル１７中を浮遊する。以上のように、界面活性剤１９の添加量が多すぎると、極性液体１６やオイル１７の液特性を変化させ、界面張力のつり合いが変化してエレクトロウェッティング特性に影響を及ぼす可能性が生じて、表示素子１０の動作特性に悪影響を生じることがある。
　さらに、界面活性剤１９には、極性液体１６、オイル１７、撥水膜１２、１５の化学構造や物性などに応じて、適宜選択された化学構造を有するものが用いられている。具体的にいえば、界面活性剤１９には、例えば陰イオン系（アニオン系）、非イオン系（ノニオン系）などの界面活性剤、あるいは両性イオン界面活性剤が用いられる。
　また、上記陰イオン系の界面活性剤には、純石けん分（脂肪酸ナトリウム）、純石けん分（脂肪酸カリウム）、またはアルファスルホ脂肪酸エステルナトリウムなどの脂肪酸系（陰イオン）のものや、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの直鎖アルキルベンゼン系のものや、アルキル硫酸エステルナトリウム、またはアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムなどの高級アルコール系（陰イオン）のものや、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウムなどのアルファオレフィン系のものや、アルキルスルホン酸ナトリウムなどのノルマルパラフィン系のものが含まれる。
　また、上記非イオン系の界面活性剤には、ショ糖脂肪酸エステルソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、または脂肪酸アルカノールアミドなどの脂肪酸系（非イオン）のものや、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどの高級アルコール系（非イオン）のものや、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなどのアルキルフェノール系のものが含まれる。
　また、上記両性イオン界面活性剤には、アルキルアミノ脂肪酸ナトリウムなどのアミノ酸系のものや、アルキルベタインなどのベタイン系のものや、アルキルアミンオキシドなどのアミンオキシド系のものが含まれる。
　また、上記陽イオン系の界面活性剤には、アルキルトリメチルアンモニウム塩、またはジアルキルジメチルアンモニウム塩などの第四級アンモニウム塩系のものが含まれる。
　ここで、図６～図１０を参照して、本実施形態の表示素子１０の製造工程を具体的に説明する。
　図６（ａ）は、図４（ａ）に示した基準電極及び走査電極の形成工程を説明する図であり、図６（ｂ）は、図４（ａ）に示した誘電体層の形成工程を説明する図である。図７（ａ）は、図４（ａ）に示した第１及び第２のリブ部材の形成工程を説明する図であり、図７（ｂ）は、図４（ａ）に示した撥水膜の形成工程を説明する図である。図８（ａ）は、図４（ａ）に示した極性液体及びオイルの充填工程を説明する図であり、図８（ｂ）は、図５に示した界面活性剤の添加工程を説明する図である。図９（ａ）は、図４（ａ）に示したカラーフィルタ層の形成工程を説明する図であり、図９（ｂ）は、図４（ａ）に示した撥水膜の形成工程を説明する図である。図１０（ａ）は、図４（ａ）に示した信号電極の形成工程を説明する図であり、図１０（ｂ）は、上記表示素子の最終の製造工程を説明する図である。
　図６（ａ）において、下部基板３には、例えば厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板が用いられており、スパッタ法にて膜厚１００ｎｍのＩＴＯ膜を下部基板３の表面上に成膜することによって下部基板３側の電極形成工程が行われて、基準電極５及び走査電極６が形成される。また、これらの基準電極５及び走査電極６は、画素領域Ｐの長手方向で互いに交互となるように設けられる。
　その後、図６（ｂ）に示すように、誘電体層１３の形成工程が行われる。つまり、下部基板３、基準電極５、及び走査電極６の上方に、誘電体層１３として例えばＣＶＤ法を用いて、窒化シリコン膜を成膜した。この誘電体層１３の膜厚は、例えば３５０ｎｍである。
　次に、図７（ａ）において、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂの形成工程が行われる。具体的には、例えばフォトリソ法を用いて、誘電体層１３の表面上に対して、ＵＶ硬化樹脂を用いた第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂを画素領域Ｐ単位に形成した。これにより、表示面側に設けられる複数の画素領域Ｐに応じて、表示用空間Ｓを区切るリブ（仕切壁）１４を下部基板（一方の基板）３側に設置する設置工程が完了される。
　尚、画素領域Ｐの具体的なＸ方向及びＹ方向の寸法は、それぞれ２．７ｍｍ及び１．８ｍｍである（表示用空間ＳのＸ方向及びＹ方向の寸法に相当）。また、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂでは、誘電体層１３からの高さ寸法は例えば３５０μｍであり、Ｘ方向及びＹ方向での各幅寸法は例えば５０μｍである。
　その後、図７（ｂ）に示すように、撥水膜１５の成膜工程が行われる。すなわち、誘電体層１３、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂの各表面に対し、例えばフッ素系樹脂材をディッピング法によって塗布して、８０℃で３０分間焼成することにより、撥水膜１５を成膜した。撥水膜１５の膜厚は、例えば６０ｎｍである。これにより、極性液体１６が保持される前の下部基板３側の中間基板Ｓｂ１が完成される。また、下部基板３側では、撥水膜１５で被覆されているので、極性液体１６が接触する部分が撥水状態とされて、極性液体１６の移動を円滑に行わせることが可能となっている。
　続いて、図８（ａ）に示すように、中間基板Ｓｂ１に対して、極性液体１６及びオイル１７を充填する充填工程が行われる。この充填工程では、まずオイル１７が充填された後、極性液体１６が充填される。具体的にいえば、中間基板Ｓｂ１において、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂにて区画された各画素領域Ｐ内に対し、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り、オイル１７を充填する。続いて、各画素領域Ｐ内に対し、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り、極性液体１６を充填する。
　次に、図８（ｂ）に示すように、中間基板Ｓｂ１に対して、界面活性剤１９を添加する添加工程が行われる。具体的にいえば、各画素領域Ｐ内のオイル１７に対し、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り、界面活性剤１９を添加する。その後、界面活性剤１９は、オイル１７に接触する極性液体１６側に移動し、図５に例示したように、極性基１９ａが極性液体１６側に配向し、その無極性基１９ｂがオイル１７側及び撥水膜１２、１５側に配向する。これにより、界面活性剤１９が添加された極性液体１６及びオイル１７が保持された下部基板３側の最終的な完成基板Ｓｂ２が得られる。
　また、図９（ａ）において、上部基板２には、例えば厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板が用いられており、例えばフォトリソグラフィ法を用いて、カラーフィルタ部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂとブラックマトリクス部１１ｓとを上部基板２の表面上に積層することによってＣＦ形成工程が行われて、カラーフィルタ層１１が形成される。このカラーフィルタ層１１には、感光性樹脂（例えば、光反応性アクリルモノマー）と対応する顔料とが用いられており、例えば２μｍ程度の膜厚とされている。
　そして、図９（ｂ）に示すように、上部基板２側の電極形成工程が行われる。つまり、カラーフィルタ層１１の表面上に対して、例えばＩＴＯからなる細線を固定することにより、信号電極４が設置される。
　次に、図１０（ａ）に示すように、撥水膜１２の成膜工程が行われる。すなわち、カラーフィルタ層１１及び信号電極４の表面に対し、例えばフッ素系樹脂材をディッピング法によって塗布して、８０℃で３０分間焼成することによって、撥水膜１２を成膜した。撥水膜１２の膜厚は、例えば６０ｎｍである。
　そして、図１０（ｂ）に示すように、極性液体１６及びオイル１７を保持した下部基板３に対し、例えばＵＶ接着剤を用いて、上部基板２を上方から組み付けて一体化することにより、表示素子１０が完成される。尚、上部基板２と下部基板３との間の離間（ギャップ）寸法は、例えば４００μｍである。
　続いて、図１１も参照して、界面活性剤１９の効果について具体的に説明する。
　図１１（ａ）は、図８（ｂ）に示した界面活性剤の添加工程を終えた後の極性液体の状態を説明する図であり、図１１（ｂ）は、図１０（ｂ）に示した最終の製造工程を終えた後の極性液体の状態を説明する図である。尚、図１１では、隣接する４つの各画素領域での界面活性剤１９を例示して説明する。
　図１１（ａ）に示すように、界面活性剤１９の添加を終えてしばらくすると、界面活性剤１９は自然的に極性液体１６とオイル１７の界面に移動し、極性基１９ａ及び無極性基１９ｂがそれぞれ極性液体１６側及びオイル１７側に存在するようになる。
　その後、図１１（ｂ）に示すように、表示素子１０が完成されると、隣接する画素領域Ｐの間では、界面活性剤１９の無極性基１９ｂどうしが互いに向き合う。このため、本実施形態の表示素子１０では、上部基板２が下部基板３の上側から取り付けられて、極性液体１６が変形、つまり図１１（ｂ）に示すように、扁平に潰れたとしても、隣接する画素領域Ｐの間で極性液体１６の合一の発生が防止される。
　ここで、図１２も参照して、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１２は、上記画像表示装置の動作例を説明する図である。
　図１２において、参照ドライバ８及び走査ドライバ９は、例えば同図の左側から右側に向かう所定の走査方向で、参照電極５及び走査電極６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８及び走査ドライバ９は、参照電極５及び走査電極６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７は外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極４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１６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５及び走査電極６に対しては、参照ドライバ８及び走査ドライバ９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８及び走査ドライバ９は、残り全ての参照電極５及び走査電極６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１６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５、走査電極６、及び信号電極４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１６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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜選択ラインでの動作＞
　選択ラインでは、信号電極４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５と信号電極４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５と信号電極４との間には、電位差が生じていない。一方、信号電極４と走査電極６との間では、走査電極６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１６は、信号電極４に対して、電位差が生じている走査電極６側に表示用空間Ｓの内部を移動する。この結果、極性液体１６は、図４（ｂ）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、オイル１７を参照電極５側に移動させて、バックライト１８からの照明光がカラーフィルタ部１１ｒ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１１ｒ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１６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。
　一方、選択ラインにおいて、信号電極４に対してＬ電圧が印加されているときでは、参照電極５と信号電極４との間では、電位差が生じ、信号電極４と走査電極６との間には、電位差が生じていない。従って、極性液体１６は、信号電極４に対して、電位差が生じている参照電極５側に表示用空間Ｓの内部を移動する。この結果、極性液体１６は、図４（ａ）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、バックライト１８からの照明光がカラーフィルタ部１１ｒ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１６による黒色表示（非ＣＦ着色表示）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４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１６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５及び走査電極６の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極５と信号電極４との間の電位差及び走査電極６と信号電極４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。
　同様に、非選択ラインにおいて、信号電極４に対してＬ電圧が印加されているときでも、極性液体１６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５及び走査電極６の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極５と信号電極４との間の電位差及び走査電極６と信号電極４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４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１６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４への印加電圧に応じて、上述のように、極性液体１６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１２に示すように、各画素に対応する信号電極４への印加電圧に応じて、カラーフィルタ部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂによるＣＦ着色（赤色、緑色、あるいは青色）または極性液体１６による非ＣＦ着色（黒色）となる。また、参照ドライバ８及び走査ドライバ９が、それぞれ参照電極５及び走査電極６の選択ラインを、例えば図１２の左から右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１２の左から右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８及び走査ドライバ９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４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５、走査電極６、及び信号電極４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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　すなわち、参照ドライバ８及び走査ドライバ９は、例えば同図の左側から右側に向かう所定の走査方向で、参照電極５及び走査電極６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７は外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極４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５及び走査電極６に対しては、参照ドライバ８及び走査ドライバ９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４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５と信号電極４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５と信号電極４との間には、電位差が生じていない。一方、信号電極４と走査電極６との間では、走査電極６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１６は、信号電極４に対して、電位差が生じている走査電極６側に表示用空間Ｓの内部を移動する。この結果、極性液体１６は、図４（ｂ）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、オイル１７を参照電極５側に移動させて、バックライト１８からの照明光がカラーフィルタ部１１ｒ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１１ｒによる赤色表示（ＣＦ着色表示）の状態となる。また、表１に示した場合と同様に、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、ＣＦ着色表示が行われたときには、白色表示が行われる。
　一方、選択ラインにおいて、信号電極４に対してＨ電圧が印加されているときでは、参照電極５と信号電極４との間では、電位差が生じ、信号電極４と走査電極６との間には、電位差が生じていない。従って、極性液体１６は、信号電極４に対して、電位差が生じている参照電極５側に表示用空間Ｓの内部を移動する。この結果、極性液体１６は、図４（ａ）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、バックライト１８からの照明光がカラーフィルタ部１１ｒ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１６による黒色表示（非ＣＦ着色表示）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４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１６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５及び走査電極６の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極５と信号電極４との間の電位差及び走査電極６と信号電極４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。
　同様に、非選択ラインにおいて、信号電極４に対してＨ電圧が印加されているときでも、極性液体１６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５及び走査電極６の双方に対して、Ｍ電圧が印加されているので、参照電極５と信号電極４との間の電位差及び走査電極６と信号電極４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４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１６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４への印加電圧に応じて、上述のように、極性液体１６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、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４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１０を構成することができる。
　以上のように構成された本実施形態の表示素子１０では、界面活性剤１９が極性液体１６及びオイル（絶縁性流体）１７に添加されている。これにより、本実施形態の表示素子１０では、上記従来例と異なり、極性液体１６とオイル１７の界面張力を弱めることができ、図１１に例示したように、隣接する画素領域Ｐの間で極性液体１６の合一が発生するのを防止することができる。この結果、本実施形態の表示素子１０では、上記従来例と異なり、表示不良が生じるのを防ぐことができる。
　また、本実施形態では、隣接する画素領域Ｐの間で極性液体１６の合一の発生が防がれるので、リブ１４の幅を狭めることができて、表示素子１０の開口率を容易に高めることができる。また、隣接する画素領域Ｐの間でのリブ１４の隙間を大きくすることが可能となって、極性液体１６の移動速度の高速化を容易に図ることができる。
　また、本実施形態では、界面活性剤１９の画素領域Ｐ毎の添加量は極性液体１６の表面積分のモル量を用いて、定められている。これにより、本実施形態では、界面活性剤１９の添加量を適切な値とすることができ、隣接する画素領域Ｐの間で極性液体１６の合一が発生するのを確実に防止することができる。
　また、本実施形態の画像表示装置（電気機器）１では、隣接する画素領域Ｐの間で極性液体１６の合一が発生するのを防止することができ、表示不良が生じるのを防ぐことができる表示素子１０が表示部に用いられているので、優れた表示品位を有する表示部を備えた高性能な画像表示装置（電気機器）１を容易に構成することができる。
　また、本実施形態の表示素子１０では、信号ドライバ（信号電圧印加部）７、参照ドライバ（参照電圧印加部）８、及び走査ドライバ（走査電圧印加部）９が信号電極４、参照電極５、及び走査電極６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１０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２の実施形態］
　図１３（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる表示素子での極性液体及びオイルの充填工程を説明する図であり、図１３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態にかかる表示素子での界面活性剤の添加工程を説明する図である。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、極性液体に界面活性剤を添加した点である。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１３（ａ）に示すように、本実施形態の表示素子１０では、第１の実施形態のものと同様に、中間基板Ｓｂ１に対して、極性液体１６及びオイル１７を充填する充填工程が行われる。具体的にいえば、中間基板Ｓｂ１において、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂにて区画された各画素領域Ｐ内に対し、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り、オイル１７が充填される。続いて、各画素領域Ｐ内に対し、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り、極性液体１６が充填される。
　次に、図１３（ｂ）に示すように、中間基板Ｓｂ１に対して、界面活性剤１９を添加する添加工程が行われる。具体的にいえば、各画素領域Ｐ内の極性液体１６に対し、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り、界面活性剤１９を添加する。その後、界面活性剤１９は、オイル１７側に移動し、図５に例示したように、極性基１９ａが極性液体１６側に配向し、その無極性基１９ｂがオイル１７側及び撥水膜１２、１５側に配向する。これにより、界面活性剤１９が添加された極性液体１６及びオイル１７が保持された下部基板３側の最終的な完成基板Ｓｂ２が得られる。
　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、界面活性剤１９が極性液体１６に対して添加されるので、第１の実施形態のものより、確実に界面活性剤１９を機能させることができる。すなわち、本実施形態では、第１の実施形態のものよりも、界面活性剤１９が極性液体１６とオイル１７の界面に達するのを確実に行わせることができる。
　［第３の実施形態］
　図１４（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子での界面活性剤の塗布工程を説明する図であり、図１４（ｂ）は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子での極性液体及びオイルの充填工程を説明する図である。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、下部基板側の撥水膜上に界面活性剤を塗布した点である。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１４（ａ）に示すように、本実施形態の表示素子１０では、撥水膜１５の成膜工程の後、この撥水膜１５上に界面活性剤１９を塗布する塗布工程が行われる。具体的にいえば、中間基板Ｓｂ１に対して、界面活性剤１９が各画素領域Ｐで撥水膜１５を覆うように塗布される。
　続いて、図１４（ｂ）に示すように、中間基板Ｓｂ１に対して、極性液体１６及びオイル１７を充填する充填工程が行われる。具体的にいえば、中間基板Ｓｂ１において、第１及び第２のリブ部材１４ａ、１４ｂにて区画された各画素領域Ｐ内に対し、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り、オイル１７が充填される。続いて、各画素領域Ｐ内に対し、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り、極性液体１６が充填される。その後、界面活性剤１９は、極性液体１６とオイル１７との界面に移動し、図５に例示したように、極性基１９ａが極性液体１６側に配向し、その無極性基１９ｂがオイル１７側及び撥水膜１２、１５側に配向する。これにより、界面活性剤１９が添加された極性液体１６及びオイル１７が保持された下部基板３側の最終的な完成基板Ｓｂ２が得られる。
　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。
　尚、上記の説明以外に、上部基板２側の撥水膜１２上に界面活性剤１９を塗布したり、撥水膜１２、１５の双方に塗布したりする構成でもよい。
　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。さらには、画素毎にスイッチング素子を設ける必要がないので、構造簡単で高性能なマトリクス駆動方式の表示素子を低コストで構成できる点でも好ましい。
　また、上記の説明では、信号電極、走査電極、及び参照電極と、信号ドライバ（信号電圧印加部）、走査ドライバ（走査電圧印加部）、及び参照ドライバ（参照電圧印加部）とを用いた構成について説明した。しかしながら、本発明は、極性液体及び絶縁性流体の少なくとも一方に、界面活性剤を添加したものであれば何等限定されない。
　具体的にいえば、複数の信号電極と複数の走査電極とを互いに交差するように、マトリクス状に設けるとともに、信号電極と走査電極との交差部単位に設けられた複数の画素領域毎に、スイッチング素子、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設置する。そして、薄膜トランジスタのゲートに走査電極を接続して走査電圧印加部から電圧印加を行うよう構成する。さらに、薄膜トランジスタのソースに信号電極を接続して信号電圧印加部から電圧印加を行うよう構成するとともに、画素領域毎に設けた画素電極に薄膜トランジスタのドレインを接続して信号電極からの電圧を供給することで極性液体の移動動作を行わせるよう構成するものでよい。
　但し、上記の各実施形態のように、参照電極及び参照ドライバ（参照電圧印加部）を設ける場合の方が、スイッチング素子を画素領域毎に設けることなく、表示不良が生じるのを防ぐことができ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点で好ましい。
　また、上記の説明では、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１、第２、及び第３の実施形態の説明では、それぞれオイル（絶縁性流体）に界面活性剤を添加する構成、極性液体に界面活性剤を添加する構成、及び界面活性剤を撥水膜に塗布する構成について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、極性液体及び絶縁性流体の少なくとも一方に、界面活性剤を添加するものであればよい。
　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、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスや窒素などを使用してもよい。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、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１及び第２の基板の中間部分に設けるとともに、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。さらに、誘電体層を兼用した第１及び第２の基板上に信号電極を直接的に設け、表示用空間の内部に当該信号電極を設置する構成でもよい。
　また、上記の説明では、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、上記の説明では、黒色に着色された極性液体及びカラーフィルタ層を用いて、ＲＧＢの各色の画素を表示面側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、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ているものであればよい。具体的には、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を用いることもできる。
　また、上記の説明では、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、隣接する画素領域の間で極性液体の合一が発生するのを防止することができ、表示不良が生じるのを防ぐ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　上部基板（第１の基板）
　３　下部基板（第２の基板）
　４　信号電極
　５　参照電極
　６　走査電極
　７　信号ドライバ（信号電圧印加部）
　８　参照ドライバ（参照電圧印加部）
　９　走査ドライバ（走査電圧印加部）
　１０　表示素子
　１１　カラーフィルタ層
　１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ　カラーフィルタ部（開口部）
　１１ｓ　ブラックマトリクス部（遮光膜）
　１３　誘電体層
　１４　リブ
　１４ａ　第１のリブ部材
　１４ｂ　第２のリブ部材
　１６　極性液体
　１７　オイル（絶縁性流体）
　１９　界面活性剤
　Ｓ　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 (8)

  1. 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前記有効表示領域側または前記非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るとともに、所定の配列方向に沿って設けられた複数の信号電極、
    　前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の一方側に設置されるように、前記極性液体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るとともに、前記複数の信号電極と交差するように設けられた複数の走査電極、
    　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た複数の画素領域、
    　前記複数の各画素領域に応じて、前記表示用空間の内部を区切るように、前記第１及び第２の基板の少なくとも一方側に設けられたリブ、及び
    　前記表示用空間の内部に前記画素領域毎に移動可能に封入されるとともに、前記極性液体と混じり合わない絶縁性流体を備え、
    　前記極性液体及び前記絶縁性流体の少なくとも一方に、界面活性剤を添加した、
    　ことを特徴とする表示素子。
  2. 前記界面活性剤では、前記画素領域毎の添加量は前記画素領域における、前記極性液体の表面積分のモル量を用いて、定められている請求項１に記載の表示素子。
  3. 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１または２に記載の表示素子。
  4. 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１～３のいずれか１項に記載の表示素子。
  5. 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、前記極性液体及び前記走査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るとともに、前記複数の信号電極と交差するように設けられた複数の参照電極と、
    　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が設けられている請求項１～４のいずれか１項に記載の表示素子。
  6. 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５に記載の表示素子。
  7. 前記非有効表示領域は、前記第１及び第２の基板の一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１～６のいずれか１項に記載の表示素子。
  8. 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１～７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。
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