(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも可視光領域の光を透過する表示電極と、
前記表示電極に間隙をもって対向して配置された背面電極と、
前記各電極の間に挟持されたコロイド結晶溶液と、
前記各電極と前記コロイド結晶溶液との界面に介在された誘電体液膜と
を備えた表示装置であって、
前記コロイド結晶溶液は、液体の分散媒の中に分散質である多数個のコロイド粒子が所定間隔で周期的に配列されて形成されたコロイド結晶構造を備え、
前記誘電体液膜は、前記コロイド結晶溶液と混合せず、前記コロイド結晶溶液の中に流入しない性質を有する誘電体の液体から成る薄膜である表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、
前記誘電体液膜で覆われた前記コロイド結晶溶液が封入された密閉カプセルを備え、
前記密閉カプセルは固体の誘電体膜から成り、
前記各電極の間に前記密閉カプセルが挟設されている表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表示装置において、
前記各電極の間に挟設された隔壁部材を備え、
前記各電極および前記隔壁部材で囲まれた空間内に、前記誘電体液膜で覆われた前記コロイド結晶溶液が封入されている表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、詳しくは、構造色による発色機構を利用した表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、構造色による発色機構を利用した表示装置がある。
構造色とは、特定の周期構造を有する材料（周期構造体）において、ブラッグの法則に基づき特定の波長の光を干渉反射することにより得られるものである。
そして、特定の周期構造を有する材料として、コロイド粒子によるコロイド結晶が知られている。
【０００３】
非特許文献１には、コロイド結晶に電圧を印加し、コロイド結晶の構造色を制御する技術が開示されている。
特許文献１には、コロイド結晶に電極を接触させて直流電圧を印加した際に、電極とコロイド結晶との界面にコロイド粒子が凝集して固着してしまい、コロイド結晶の構造色が制御不能になるのを防止するため、電極の表面に固体の誘電体膜を形成しておく技術が開示されている（段落［００７２］〜［００７５］参照）。
【０００４】
特許文献２には、空隙構造として多孔質構造を有する周期構造体に隣接して第１流体（移動流体）を配置し、周期構造体に電圧を印加して空隙構造に第１流体を吸収させたり、周期構造体への電圧印加を解除して空隙構造から第１流体を排出させことにより、空隙構造内の屈折率を変化させて周期構造体の構造色を変化させる技術が開示されている。
尚、特許文献２には、周期構造体として、コロイド結晶、ブロック共重合体のミクロドメイン構造、界面活性剤のラメラ構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０４８７１号公報
【特許文献２】特開２００８−４６３５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ADVANCED MATERIALS.2010,22.4973-4977
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、電極の表面に固体の誘電体膜を形成しておいても、電極に印加する直流電圧を高くすると、固体の誘電体膜とコロイド結晶との界面にコロイド粒子が凝集して固着してしまい、コロイド結晶の構造色が制御不能になるという問題がある。
【０００８】
特許文献２の技術では、空隙構造として多孔質構造を有する周期構造体を作製するのに手間がかかるため製造コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、高い直流電圧を印加してもコロイド粒子が凝集して固着するのを防止可能な表示装置を低コストに提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
＜第１の局面＞
第１の局面は、
少なくとも可視光領域の光を透過する表示電極と、
前記表示電極に間隙をもって対向して配置された背面電極と、
前記各電極の間に挟持されたコロイド結晶溶液と、
前記各電極と前記コロイド結晶溶液との界面に介在された誘電体液膜と
を備えた表示装置であって、
前記コロイド結晶溶液は、液体の分散媒の中に分散質である多数個のコロイド粒子が所定間隔で周期的に配列されて形成されたコロイド結晶構造を備え、
前記誘電体液膜は、前記コロイド結晶溶液と混合せず、前記コロイド結晶溶液の中に流入しない性質を有する誘電体の液体から成る薄膜である表示装置である。
【００１１】
＜第１の局面＞
第１の局面は、
少なくとも可視光領域の光を透過する表示電極と、
前記表示基板に間隙をもって対向して配置された背面電極と、
前記各電極の間に挟持されたコロイド結晶溶液と、
前記各電極と前記コロイド結晶溶液との界面に介在された誘電体液膜と
を備えた表示装置であって、
前記コロイド結晶溶液は、液体の分散媒の中に分散質である多数個のコロイド粒子が所定間隔で周期的に配列されて形成されたコロイド結晶構造を備え、
前記誘電体液膜は、前記コロイド結晶溶液と混合せず、前記コロイド結晶溶液の中に流入しない性質を有する誘電体の液体から成る薄膜である表示装置である。
【００１２】
第１の局面によれば、各電極間に印加する直流電圧を高くしても、誘電体液膜とコロイド結晶溶液との界面にコロイド粒子が凝集して固着することが無いため、コロイド結晶溶液の構造色が制御不能になるのを防止できる。
その理由は、コロイド粒子が電気泳動によって移動する際に、コロイド結晶溶液と誘電体液膜との界面に平行な方向へのコロイド粒子の移動を、誘電体液膜が阻害しないためであると考えられる。
それに対して、特許文献１の技術のように、各電極の表面に固体の誘電体膜を形成した場合には、コロイド粒子の移動を固体の誘電体膜が阻害するため、各電極間に印加する直流電圧を高くすると、固体の誘電体膜とコロイド結晶溶液との界面にコロイド粒子が凝集して固着してしまうと考えられる。
そして、第１の局面では、誘電体液膜でコロイド結晶溶液を覆う構造を容易に実現可能であるため、特許文献２の技術に比べて製造コストを低減することができる。
【００１３】
＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、前記誘電体液膜で覆われた前記コロイド結晶溶液が封入された密閉カプセルを備え、前記密閉カプセルは固体の誘電体膜から成り、前記各電極の間に前記密閉カプセルが挟設されている表示装置である。
【００１４】
第２の局面によれば、固体の誘電体膜から成る密閉カプセルを設けることで、各電極間からコロイド結晶溶液および誘電体液膜が流出するのを確実に防止すると共に、コロイド結晶溶液の分散媒が蒸発するのを確実に防止できる。
【００１５】
＜第３の局面＞
第３の局面は、第１または第２の局面において、前記各電極の間に挟設された隔壁部材を備え、前記各電極および前記隔壁部材で囲まれた空間内に、前記誘電体液膜で覆われた前記コロイド結晶溶液が封入されている表示装置である。      
【００１６】
第３の局面によれば、隔壁部材を設けることで、各電極間からコロイド結晶溶液および誘電体液膜が流出するのを確実に防止すると共に、コロイド結晶溶液の分散媒が蒸発するのを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の表示装置１０の概略構成を示す概略縦断面図。
【図２】本発明を具体化した第２実施形態の表示装置２０の概略構成を示す概略縦断面図。
【図３】本発明を具体化した第３実施形態の表示装置３０の概略構成を示す概略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは異なっている。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態の表示装置１０は、表示基板１１、背面基板１２、表示電極１３、背面電極１４、コロイド結晶溶液１５（分散媒１５ａ、コロイド粒子１５ｂ）、誘電体液膜１６などから構成されており、直流電圧印加装置Ｅに接続されている。
【００２０】
表示基板１１は、少なくとも可視光領域の光を透過する透明な絶縁材料（例えば、ガラス、合成樹脂など）の板材によって形成されている。
背面基板１２は、絶縁材料（例えば、ガラス、合成樹脂など）の板材によって形成されている。
各基板１１，１２は間隙を空けて対向して配置されている。
【００２１】
表示基板１１の内面には表示電極１３が形成され、背面基板１２の内面には背面電極１４が形成され、各電極１３，１４はそれぞれ各基板１１，１２の対向する面に形成されている。
表示電極１３は、少なくとも可視光領域の光を透過する透明な導電材料（例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＦＴＯ（Fluorine doped Tin Oxide）など）の薄膜によって形成されている。
背面電極１４は、導電材料（例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、その他の金属、導電性樹脂など）の薄膜によって形成されている。
直流電圧印加装置Ｅは、表示電極１３および背面電極１４に対して電気的に接続され、各電極１３，１４間に直流電圧を印加する。
【００２２】
各電極１３，１４間には、誘電体液膜１６で全体が覆われたコロイド結晶溶液１５が挟持されている。
コロイド結晶溶液１５は、液体の分散媒１５ａ中に分散質である多数個のコロイド粒子１５ｂが所定間隔で周期的に配列されて形成されたコロイド結晶構造を備える。
第１実施形態の表示装置１０では、分散媒１５ａとしてプロピレンカーボネートを用い、コロイド粒子１５ｂとしてシリカナノ粒子を用いている。
【００２３】
分散媒１５ａは、コロイド粒子１５ｂの表面特性に応じて定まり、分散状態では分散媒１５ａとコロイド粒子１５ｂとの親和性が高く、凝集状態では分散媒１５ａとコロイド粒子１５ｂとの親和性が低くなる特性を有する液体が用いられ、コロイド粒子１５ｂの電気泳動に必要な電位勾配を与えるために絶縁性を有することが好ましい。
【００２４】
誘電体液膜１６は、十分な耐熱性および絶縁性を有すると共に、コロイド結晶溶液１５と混合せず、コロイド結晶溶液１５中に流入しない性質を有する液体の薄膜によって形成され、各電極１３，１４間にて表面張力によりコロイド結晶溶液１５全体を覆っている。
第１実施形態の表示装置１０では、誘電体液膜１６としてシリコンオイルを用いている。
すなわち、誘電体液膜１６で覆われたコロイド結晶溶液１５は、オイルカプセル構造になっている。
そして、各電極１３，１４とコロイド結晶溶液１５との界面に誘電体液膜１６が介在されている。
【００２５】
コロイド結晶溶液１５のコロイド結晶構造によれば、コロイド粒子１５ｂの粒子配列の周期と同程度の波長の光をブラッグ反射し、それに起因して特定の波長の光が増幅されて、その特定の波長の光（いわゆる構造色）を発することができる。
このようなブラッグ反射による構造色の色調は、コロイド結晶構造を形成する粒子配列の周期に依存するため、粒子配列の周期を適宜設定することで所望の色調の構造色が得られる。さらに、粒子配列の周期を変化させることにより、構造色の色調も変化させることができる。
尚、コロイド粒子１５ｂの配列における規則性は、特に限定されないが、例えば、面心立方構造、体心立方構造、単純立方構造などにすればよく、特に面心立方構造（六方最密充填構造）が好ましい。
【００２６】
コロイド粒子１５ｂに応じて予め定められた電気泳動に必要な電圧範囲（泳動電圧範囲）の直流電圧が各電極１３，１４間に印加され、各電極１３，１４間に所定の電界強度以上の電界が形成されることにより、その電界強度に応じて分散媒１５ａ中をコロイド粒子１５ｂが電気泳動して移動する。
そして、分散媒１５ａ中のコロイド粒子１５ｂの移動により、コロイド粒子１５ｂ間の距離が変化して粒子配列の周期をも変化することにより、コロイド結晶溶液１５の構造色が変化する。
【００２７】
このとき、各電極１３，１４間に印加する直流電圧を、例えば０〜５０Ｖの電圧範囲で高くするにつれて、コロイド結晶溶液１５の構造色は、赤色→緑色→青色→無色透明の順番で変化する。
また、各電極１３，１４間に逆方向の直流電圧を印加すると、コロイド結晶溶液１５の構造色が可逆的に変化する。
これにより、分散媒１５ａ中のコロイド粒子１５ｂの電気泳動による移動と、コロイド結晶構造を形成する粒子配列の周期の変化との両立が可能であり、各電極１３，１４間に印加する直流電圧の電圧値および方向を制御することで、コロイド結晶溶液１５の構造色を自由に制御可能なことがわかる。
コロイド結晶溶液１５の構造色は、表示電極１３および表示基板１１を介して、表示基板１１の上方から視認できる。すなわち、表示基板１１の表面が表示装置１０の表示面となる。
【００２８】
加えて、第１実施形態の表示装置１０によれば、各電極１３，１４間に印加する直流電圧を高くしても、誘電体液膜１６とコロイド結晶溶液１５との界面にコロイド粒子１５ｂが凝集して固着することが無いため、コロイド結晶溶液１５の構造色が制御不能になるのを防止できる。
その理由は、コロイド粒子１５ｂが電気泳動によって移動する際に、コロイド結晶溶液１５と誘電体液膜１６との界面に平行な方向へのコロイド粒子１５ｂの移動を、誘電体液膜１６が阻害しないためであると考えられる。
それに対して、特許文献１の技術のように、各電極１３，１４の表面に固体の誘電体膜を形成した場合には、コロイド粒子１５ｂの移動を固体の誘電体膜が阻害するため、各電極１３，１４間に印加する直流電圧を高くすると、固体の誘電体膜とコロイド結晶溶液１５との界面にコロイド粒子１５ｂが凝集して固着してしまうと考えられる。
【００２９】
そして、第１実施形態の表示装置１０では、誘電体液膜１６でコロイド結晶溶液１５を覆う構造を容易に実現可能であるため、特許文献２の技術に比べて製造コストを低減することができる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
図２に示すように、第２実施形態の表示装置２０は、表示基板１１、背面基板１２、表示電極１３、背面電極１４、コロイド結晶溶液１５（分散媒１５ａ、コロイド粒子１５ｂ）、誘電体液膜１６、誘電体膜２１、密閉カプセル２２などから構成されており、直流電圧印加装置Ｅに接続されている。
【００３１】
第２実施形態の表示装置２０において、第１実施形態の表示装置１０と異なるのは、誘電体液膜１６で覆われたコロイド結晶溶液１５が、固体の誘電体膜２１から成る密閉カプセル２２内に封入・密閉され、密閉カプセル２２が各電極１３，１４間に挟設されている点だけである。
固体の誘電体膜２１は、絶縁材料（例えば、合成樹脂、合成ゴムなど）の薄膜によって形成されている。
【００３２】
第２実施形態によれば、第１実施形態の前記作用・効果に加えて、固体の誘電体膜２１から成る密閉カプセル２２を設けることで、各電極１３，１４間からコロイド結晶溶液１５および誘電体液膜１６が流出するのを確実に防止すると共に、コロイド結晶溶液１５の分散媒１５ａが蒸発するのを確実に防止できる。
【００３３】
＜第３実施形態＞
図３に示すように、第３実施形態の表示装置３０は、表示基板１１、背面基板１２、表示電極１３、背面電極１４、コロイド結晶溶液１５（分散媒１５ａ、コロイド粒子１５ｂ）、誘電体液膜１６、隔壁部材３１などから構成された複数個のセルＳを備え、直流電圧印加装置Ｅに接続されている。
【００３４】
第３実施形態の表示装置３０において、第１実施形態の表示装置１０と異なるのは、各電極１３，１４間に複数個の隔壁部材３１が挟設されており、各電極１３，１４および隔壁部材３１で囲まれた空間内に、誘電体液膜１６で覆われたコロイド結晶溶液１５が封入・密閉され、当該空間内の部材（各電極１３，１４、誘電体液膜１６、コロイド結晶溶液１５）により個々のセルＳが形成されている点だけである。
隔壁部材３１は、絶縁材料（例えば、ガラス、合成樹脂、合成ゴムなど）によって形成されている。
【００３５】
第３実施形態によれば、第１実施形態の前記作用・効果に加えて、隔壁部材３１を設けることで、各電極１３，１４間からコロイド結晶溶液１５および誘電体液膜１６が流出するのを確実に防止すると共に、コロイド結晶溶液１５の分散媒１５ａが蒸発するのを確実に防止できる。
【００３６】
そして、同一寸法形状の多数個のセルＳを縦横方向にマトリクス状に配置し、各電極１３，１４を各セルＳ毎に分割すれば、各セルＳにより表示装置３０の画素（ピクセル）が構成される。
そのため、各セルＳ毎に各電極１３，１４に印加する直流電圧を制御することにより、各セルＳから成る画素の色調を任意に設定することが可能になることから、複数個の画素から成る所望の画像をフルカラーで表示できる。
【００３７】
＜別の実施形態＞
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【００３８】
［１］分散媒１５ａの材料としては、プロピレンカーボネートの他に、例えば、イミダゾリウム塩系イオン液体、ピロリジニウム塩系イオン液体、ピリジニウム塩系イオン液体、アンモニウム塩系イオン液体、ホスホニウム塩系イオン液体、
スルホニウム塩系イオン液体、エチレンカーボネート、１，２−ジメトテシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アクリルモノマー、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、デカン、ヘキサデカン、ケロセン、パラフィン、イソパラフィン、シリコーンオイル、ジククロロエチレン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、高純度石油、エチレングリコール、アルコール類、エーテル類、エステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、エチレンカーボネート、ベンジン、ジイソプロピルナフタレン、イソプロパノール、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロエタン、ジブロモテトラフルオロエタンなどや、それらの混合物が好適に使用できる。
【００３９】
尚、分散媒１５ａには、必要に応じて、酸、アルカリ、塩、分散安定剤、酸化防止や紫外線吸収などを目的とした安定剤、抗菌剤、防腐剤などを添加してもよい。
また、分散媒１５ａには、帯電制御剤として、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、金属石鹸、アルキルリン酸エステル類、コハク酸イミド類などを添加してもよい。
【００４０】
［２］コロイド粒子１５ｂの材料には、粒径が約１nm〜約１０００nmであり、可視光が透過可能で、略球形になる材料であれば、どのような材料を用いてもよく、例えば、二酸化珪素、ホウ珪酸ガラス、アルミン酸カルシウム、ニオブ酸リチウム、カルサイト、二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、酸化イットリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、臭ヨウ化タリウム、ダイアモンド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタル酸、塩化ビニル、酸化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチルなど、珪素、ゲルマニウム、各種強誘電体（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）など）などを用いればよい。
【００４１】
また、コロイド粒子１５ｂの材料には、ポリスチレン，ポリメタクリル酸メチル，二酸化珪素，二酸化チタンの内のいずれか２種以上の混合体や、これらの内の１種をコアとして他の１種以上によりコアを被覆したコアシェル構造なども用いることができる。
【００４２】
コロイド粒子１５ｂの製造方法には、例えば、ＵＶ（紫外線）重合法、乳化重合法、懸濁重合法、二段階鋳型重合法、化学気相反応法、電気炉加熱法、熱プラズマ法、レーザ加熱法、ガス中蒸発法、共沈法、均一沈殿法、化合物沈殿法、金属アルコキシド法、水熱合成法、ゾルゲル法、噴霧法、凍結法、硝酸塩分解法などがある。
【００４３】
［３］前記各実施形態を適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた実施形態の作用・効果を合わせもたせたり、相乗効果を得ることができる。
【００４４】
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
【符号の説明】
【００４５】
１０，２０，３０…表示装置
１１…表示基板
１２…背面基板
１３…表示電極
１４…背面電極
１５…コロイド結晶溶液
１５ａ…分散媒
１５ｂ…コロイド粒子
１６…誘電体液膜
２１…固体の誘電体膜
２２…密閉カプセル
３１…隔壁部材
【図１】
0005603844.tif 000002
【図２】
0005603844.tif 000003
【図３】
0005603844.tif 000004