(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶特性を用いた表示方法であって、
同符号の電荷を持つ複数の粒子を、電気分極特性（電場が印加されると電気分極が誘発され、該印加電場が変化することによって電気分極量が変化する）を持つ溶媒中に分散させた状態で電場を印加することによって、前記溶媒が分極された状態で前記粒子間の距離を制御するステップを含み、該ステップが、
前記電場の強さまたは方向のうちの少なくとも一方を変化させることによって前記粒子間距離を変化させ、該粒子間距離の変化によって、前記複数の粒子から反射される光の波長を変化させるステップを含むことを特徴とする表示方法。
【請求項２】
フォトニック結晶特性を用いた表示方法であって、
同符号の電荷及び電気分極特性（電場が印加されると電気分極が誘発され、該印加電場が変化することによって電気分極量が変化する）を持つ複数の粒子を溶媒中に分散させた状態で電場を印加することによって、前記粒子が分極された状態で前記粒子間の距離を制御するステップを含み、該ステップが、
前記電場の強さまたは方向のうちの少なくとも一方を変化させることによって前記粒子間距離を変化させ、該粒子間距離の変化によって、前記複数の粒子から反射される光の波長を変化させるステップを含むことを特徴とする表示方法。
【請求項３】
前記電場を印加することによって、前記電場と前記粒子との間に発生して前記複数の粒子の電気泳動を生じさせる電気力と、前記同符号の電荷を持つ複数の粒子間に発生する電気力と、前記電気分極によって発生する電気力との間の相互作用により、前記粒子間距離を特定範囲内に維持し、該粒子間距離を前記特定範囲内に維持することによって、特定波長パターンの光が前記複数の粒子から反射されるようにすることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項４】
前記電気分極特性を持つ溶媒が、超常誘電性または強誘電性物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶特性を用いた表示方法。
【請求項５】
前記電気分極特性を持つ粒子が、超常誘電性または強誘電性物質を含むことを特徴とする請求項２に記載のフォトニック結晶特性を用いた表示方法。
【請求項６】
前記粒子と前記溶媒との屈折率の差が０．３以上であることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項７】
前記電気分極特性を持つ溶媒が、極性指数１以上の物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶特性を用いた表示方法。
【請求項８】
前記粒子及び前記溶媒が、光透過性物質でできているカプセルによってカプセル化されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載のフォトニック結晶特性を用いた表示方法。
【請求項９】
前記粒子及び前記溶媒が、絶縁物質でできているセルによって区画化されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載のフォトニック結晶特性を用いた表示方法。
【請求項１０】
前記電場が印加される領域を少なくとも２つの部分領域に分割し、該分割された少なくとも２つの部分領域にそれぞれ電場を印加することを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１１】
前記粒子または前記溶媒に前記電場を印加した後に、該電場と反対の極性を有する電場を印加して前記粒子間距離をリセットすることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１２】
前記電場を印加する前に、前記粒子間距離を所定の粒子間距離に維持するために、待機電場を印加することを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１３】
前記電場が印加される強さ、時間または周期のうちの少なくとも１つを調節することによって、前記粒子間距離を制御することを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１４】
前記複数の粒子を通過する光を用いて電気エネルギーを発生させ、該電気エネルギーを用いて前記電場を印加することを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１５】
上部電極及び下部電極を介して前記電場を印加し、かつ前記電場の強さを所定値未満に設定して前記粒子の移動範囲を所定値未満に制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記上部電極または前記下部電極のうちいずれか１つの、固有の色を表示することを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１６】
上部電極及び下部電極を介して前記電場を印加し、かつ前記電場の強さを所定値以上に設定して前記粒子を前記上部または下部のいずれかの電極の少なくとも一部の領域に向かって移動させることによって、前記粒子、前記溶媒、前記上部電極または前記下部電極のうちいずれか１つの、固有の色を表示することを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１７】
負電荷を持つ複数の第１の粒子と正電荷を持つ複数の第２の粒子を前記溶媒中に分散させた状態で電場を印加し、前記第１の粒子の間の粒子間距離及び前記第２の粒子の間の粒子間距離を制御し、
前記第１の粒子の間の粒子間距離及び前記第２の粒子の間の粒子間距離が、前記電場によって互いに独立して制御されるようにすることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の表示方法。
【請求項１８】
フォトニック結晶特性を用いた表示装置であって、
同符号の電荷を持つ複数の粒子及び電気分極特性（電場が印加されると電気分極が誘発され、該印加電場が変化することによって電気分極量が変化する）を持つ溶媒を含む表示部と、
前記表示部に印加される電場を発生させる電場発生部とを含み、
前記粒子が前記溶媒中に分散されており、電場が印加されると、前記溶媒が分極された状態で前記粒子間の距離を制御するように構成されており、
前記電場の強さまたは方向のうちの少なくとも一方を変化させることによって前記粒子間距離を変化させ、該粒子間距離の変化によって、前記複数の粒子から反射される光の波長を変化させるようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項１９】
フォトニック結晶特性を用いた表示装置であって、
同符号の電荷及び電気分極特性（電場が印加されると電気分極が誘発され、該印加電場が変化することによって電気分極量が変化する）を持つ複数の粒子並びに、溶媒を含む表示部と、
前記表示部に印加される電場を発生させる電場発生部とを含み、
前記粒子が前記溶媒中に分散されており、電場が印加されると、前記粒子が分極された状態で前記粒子間の距離を制御するように構成されており、
前記電場の強さまたは方向のうちの少なくとも一方を変化させることによって前記粒子間距離を変化させ、該粒子間距離の変化によって、前記複数の粒子から反射される光の波長を変化させるようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項２０】
前記粒子及び前記溶媒が、光透過性物質でできているカプセルによってカプセル化されていることを特徴とする請求項１７または請求項１８のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記粒子及び前記溶媒が、絶縁物質でできているセルによって区画化されていることを特徴とする請求項１８または請求項１９のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記電場発生部が少なくとも２つの部分領域に分割されており、該分割された少なくとも２つの部分領域を通してそれぞれ電場が印加されるようにしたことを特徴とする請求項１８または請求項１９のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記複数の粒子を通過する光を用いて電気エネルギーを発生させる太陽電池部をさらに含み、前記電気エネルギーを用いて前記電場が印加されるようにしたことを特徴とする請求項１８または請求項１９のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項２４】
上部電極及び下部電極を介して前記電場を印加し、かつ前記電場の強さを所定値以上に設定し、前記粒子を前記上部または前記下部のいずれかの電極の少なくとも一部の領域に移動させることによって、前記粒子、前記溶媒、前記上部電極または前記下部電極のうちのいずれか１つの、固有の色が表示されるようにしたことを特徴とする請求項１８または請求項１９のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び表示装置（ディスプレイ装置）に関する。より詳細には、本発明は、電荷を持つ複数の粒子を、電気分極特性を持つ溶媒中に分散させるか、または電荷及び電気分極特性を持つ粒子を溶媒中に分散させた状態で、電場を印加することによって粒子間距離を制御し、ひいては、粒子から反射される光の波長を制御するような、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近では、次世代ディスプレイの研究開発が活発に行われており、多様な表示手段が紹介されている。次世代ディスプレイの代表的な例として、電子インクを挙げることができる。電子インクは、特定色の粒子、例えば負電荷を持つ黒色粒子及び正電荷を持つ白色粒子に、電場を印加して、特定色を表示する表示手段である。電子インクは、電力消費が少なく、自在に表示することが可能であるという長所を有している。しかし、粒子の色が特定色に固定されていることから、多様な色を表すことが難しいので、電子インクには限界がある。さらに、電子インクは、表示切替速度が遅いので動画の表示に適していないという限界もある。
【０００３】
上記の従来の次世代ディスプレイの問題を根本的に解決するために、フォトニック結晶の原理を用いる方法などの様々な方法が提案されてきた。
【０００４】
「フォトニック結晶」なる語は、規則的に配列された微細構造に入射する複数の光のうち、特定の波長範囲の光のみを反射させ、残りの波長範囲の光を透過させることによって、特定の波長範囲に相当する色を帯びる性質を有する物質または結晶を指す。フォトニック結晶の代表的な例としては、蝶の羽、甲虫の甲殻などがある。これらは、色素を含んでいないが、特有のフォトニック結晶構造を含んでいるので、特有の色を出すことができる。
【０００５】
最近のフォトニック結晶に関する研究によると、自然界に存在するフォトニック結晶は特定波長の光のみを反射させるのに対し、人工合成されたフォトニック結晶は、その結晶構造（例えば、フォトニック結晶の層間厚さ）を様々な外部刺激によって任意に変化させることができ、結果として、反射光の波長範囲を、可視光線領域のみならず、紫外線または赤外線領域に至るまで自由に調節できることが明らかになった。
【０００６】
この点に注目し、本願出願人は、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び表示装置を具現できることを発見し、本発明を完成するに至った。電荷または電気分極特性を持つ粒子及び／または電気分極特性を持つ溶媒に電場を印加することによって粒子間距離を制御し、それによって粒子から特定の波長範囲の光を反射させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、電荷を持つ粒子を溶媒中に分散させるか、電荷及び電気分極特性を持つ粒子を溶媒中に分散させるか、または電荷を持つ粒子を、電気分極特性を持つ溶媒中に分散させた状態で、電場を印加することによって粒子間距離を制御するような、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び表示装置を提供することである。このようにして、粒子から反射される光の波長が制御される。
【０００８】
本発明の別の目的は、粒子及び溶媒に印加される電場の強さ、方向及び印加時間を調節することによって、粒子から反射される光の波長を制御できるような、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び表示装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、カプセル、セル、分割電極などの構造を用いて、粒子間距離を独立して制御できるような、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、電荷を持つ複数の粒子を溶媒中に分散させた状態で電場を印加することによって粒子間距離を制御ことを特徴とする、フォトニック結晶特性を用いた表示方法が提供される。
【００１１】
粒子または溶媒のうちの少なくとも一方は、電気分極特性を有し得る。
【００１２】
電場を印加することによって、電場と粒子との間に発生して粒子の電気泳動を生じさせる電気力と、電荷を持つ複数の粒子間に発生する電気力との間の相互作用により、粒子間距離が特定範囲内で維持される。粒子間距離が特定範囲内で維持されることによって、特定波長パターンの光が、複数の粒子から反射され得る。
【００１３】
電場を印加することによって、電場と粒子との間に発生して粒子の電気泳動を生じさせる電気力と、電荷を持つ複数の粒子間に発生する電気力と、電気分極によって発生する電気力との間の相互作用により、粒子間距離が特定範囲内で維持され得る。粒子間距離が特定範囲内で維持されることによって、特定波長パターンの光が、複数の粒子から反射され得る。
【００１４】
粒子間距離は、電場の強さ、方向、印加時間、印加周期または印加回数のうちの少なくとも１つが変化すると変化し得る。複数の粒子から反射される光の波長は、粒子間距離が変化すると変化し得る。
【００１５】
粒子と溶媒との屈折率の差は、０．３以上であり得る。
【００１６】
粒子及び溶媒は、光透過性絶縁物質によってカプセル化または区画化されることができる。
【００１７】
電場が印加される領域を少なくとも２つの部分領域に分割し、分割された部分領域にそれぞれ電場を印加することができる。
【００１８】
粒子または溶媒に電場を印加した後に、該電場と反対の極性を有する電場を印加して粒子間距離をリセットすることができる。
【００１９】
電場を印加する前に、粒子間距離を所定の粒子間距離に維持するために、待機（standby）電場を印加することができる。
【００２０】
粒子を通過する光を用いて電気エネルギーを発生させることができ、該電気エネルギーを用いて電場を印加することができる。
【００２１】
上部電極及び下部電極を介して電場を印加し、かつ電場の強さを所定値未満に設定して粒子の移動範囲を所定値未満に制御することによって、粒子、溶媒、上部電極または下部電極の、固有の色を表示することができる。
【００２２】
上部電極及び下部電極を介して電場を印加し、かつ電場の強さを所定値またはそれ以上に設定して粒子を上部または電極のいずれかの電極の少なくとも一部の領域に向かって移動させることによって、粒子、溶媒、上部電極または下部電極の、固有の色を表示することができる。
【００２３】
負電荷を持つ複数の第１の粒子及び正電荷を持つ複数の第２の粒子を溶媒中に分散させた状態で電場を印加し、第１の粒子間の粒子間距離及び第２の粒子間の粒子間距離を制御することによって、第１の粒子間の粒子間距離及び第２の粒子間の粒子間距離を電場によって互いから独立して制御することができる。
【００２４】
粒子及び溶媒は可視光線を透過させる物質を含むことができ、複数の粒子から反射される光の波長範囲が可視光線の波長範囲外にあるときに、複数の粒子及び溶媒は透明になり得る。
【００２５】
粒子または溶媒は、電子分極、イオン分極、界面分極または回転分極のうちのいずれか１つによって電気分極が生じる物質を含むことができる。
【００２６】
粒子または溶媒は、超常誘電性または強誘電性の物質を含み得る。
【００２７】
溶媒は、極性指数１以上の物質を含み得る。
【００２８】
溶媒は、ゲル状態の物質でできているものであってよい。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、フォトニック結晶特性を用いた表示装置であって、電荷を持つ複数の粒子及び粒子を分散させた溶媒を含む表示部と、表示部に印加される電場を発生させる電場発生及び／または印加部とを含み、電荷を持つ複数の粒子を溶媒中に分散させた状態で電場を印加することによって、粒子間距離を制御する装置が提供される。
【００３０】
粒子及び溶媒のうちの少なくとも一方は、電気分極特性を有し得る。
【００３１】
電場が印加される領域は少なくとも２つの部分領域に分割され得、分割された部分領域それぞれに電場が印加され得る。
【００３２】
粒子を通過する光を用いて電気エネルギーを発生させることができ、該電気エネルギーを用いて電場が印加され得る。
【００３３】
上部電極及び下部電極を介して電場を印加し、かつ電場の強さを所定値未満に設定して粒子の移動範囲を所定値未満に制御することによって、粒子、溶媒、上部電極または下部電極の、固有の色が表示され得る。
【００３４】
上部電極及び下部電極を介して電場を印加し、かつ電場の強さを所定値またはそれ以上に設定して粒子を前記上部または前記下部のいずれかの電極の少なくとも一部の領域に向かって移動させることによって、粒子、溶媒、上部電極または下部電極の、固有の色が表示され得る。
【００３５】
負電荷を持つ複数の第１の粒子及び正電荷を持つ複数の第２の粒子を溶媒中に分散させた状態で電場を印加し、第１の粒子間の粒子間距離及び第２の粒子間の粒子間距離を制御することによって、第１の粒子間の粒子間距離及び第２の粒子間の粒子間距離を電場によって互いから独立して制御することができる。
【発明の効果】
【００３６】
上記のように構成された本発明によれば、粒子から反射される光の波長を制御することによって、全波長範囲にわたる構造色を実現するという効果がある。
【００３７】
また、本発明によると、粒子間距離を迅速かつ正確に制御できるので、動作速度を向上させ、残像を抑制できるという効果がある。
【００３８】
また、本発明によると、粒子間距離を独立して制御できるので、より精密かつ独立的なディスプレイを可能にし、維持及び補修を容易にするという効果がある。
【００３９】
また、本発明によると、自在に表示することが可能であるので、表示装置の使用、運搬及び保管を容易にするという効果がある。
【００４０】
また、本発明によると、太陽電池との結合が可能であるので、可変色太陽電池や電源内蔵型表示機能が実現されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に従う表示装置に含まれる粒子の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う表示装置に含まれる粒子の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に従って電場が印加されることによって粒子または溶媒が分極される構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って分子の非対称的配置による単位分極特性を示す図である。
【図５】常誘電体、強誘電体及び超常誘電体のヒステリシス曲線を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に従う粒子または溶媒に含まれ得るペロブスカイト構造を有する物質を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に従う粒子間距離を制御する構成を概念的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に従う粒子間距離を制御する構成を概念的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に従う表示装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に従う表示装置の構成を概念的に示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に従う表示装置の構成を概念的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従い複数の電極を含む電場発生または印加部を含む表示装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に従い表示装置に含まれる粒子及び溶媒が複数のカプセル内にカプセル化されている構成を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に従い表示装置に含まれる粒子及び溶媒が媒体中に分散されている構成を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に従い媒体中に分散させた粒子及び溶媒の構成を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態に従い媒体中に分散させた粒子及び溶媒の構成を示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に従い表示装置に含まれる粒子及び溶媒が複数のセルに区画化されている構成を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態に従い表示装置に印加される電圧のパターンを示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態に従い表示装置に印加される電圧のパターンを示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態に従い表示装置に印加される電圧のパターンを示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態に従い太陽電池部を含む表示装置の構成を示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態に従い電場発生及び／または印加部を構成する電極がパターニングされている構成を示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態に従い電場発生及び／または印加部を構成する電極がパターニングされている構成を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態に従い電場発生及び／または印加部を構成する電極がパターニングされている構成を示す図である。
【図２５】本発明の一実施形態に従って黒色または白色を表示する表示装置の構成を示す図である。
【図２６】本発明の一実施形態に従って透過型ディスプレイを達成する表示装置の構成を示す図である。
【図２７】本発明の一実施形態に従って互いに異なる電荷を持つ粒子を用いてフォトニック結晶ディスプレイを実現するための表示装置の構成を示す図である。
【図２８】本発明の一実施形態に従って接地電圧を印加するための電極を用いて両面フォトニック結晶ディスプレイを実現するための表示装置の構成を示す図である。
【図２９】本発明の別の実施形態に従う表示装置の構成を示す図である。
【図３０】本発明の一実施形態に従って電気分極特性を持つ溶媒中に電荷を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光を示すグラフである。
【図３１】本発明の一実施形態に従って電気分極特性を持つ溶媒中に電荷を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光を示す写真である。
【図３２】本発明の一実施形態に従って異なる極性指数を有する溶媒中に電荷を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光の波長を示すグラフである。
【図３３】本発明の一実施形態に従って異なる極性指数を有する溶媒中に電荷を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光の波長を示すグラフである。
【図３４】本発明の一実施形態に従って溶媒中に電荷及び電気分極特性を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光を示すグラフである。
【図３５】本発明の一実施形態に従って電荷及び電気分極特性を持つ粒子を溶媒に分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果、粒子から反射される光を示す写真である。
【図３６】本発明の一実施形態に従って透過型ディスプレイを実現するための構成に対する実験結果を示す図である。
【図３７】本発明の一実施形態に従う表示装置の観察角とともに変化する表示性能の実験結果（すなわち、ディスプレイの視野角に関する実験結果）を示す図である。
【図３８】本発明のさらに別の実施形態によって電荷及び磁性を持つ粒子に電場を印加することによって実際にディスプレイを実現した結果を示す図である。
【図３９】本発明のさらに別の実施形態によって電荷及び磁性を持つ粒子に磁場を印加することによって実際にディスプレイを実現した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下の詳細な説明において、添付の図面を参照するが、これらの図面は、本発明が実施され得る特定実施形態を例として示している。これら実施形態は、当業者が本発明を実施できるよう十分に詳細に説明されている。本発明の様々な実施形態は、互いに異なってはいるが、必ずしも互いに排他的である必要はないことを理解されたい。
【００４３】
例えば、本明細書において一実施形態と関連して記載されている特定の形状、構造及び特性は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、他の実施形態において具現されることができる。また、実施形態の個別構成要素の位置または配置は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、変更可能であることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるものではなく、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ画定される。添付の請求項は、該請求項と均等なものまで全て含めて適宜解釈されるものとする。図面においては、幾つかの図面を通して同一または類似の構成要素または機能に類似の参照符号を付してある。
【００４４】
以下、本発明の構成について、当業者が本発明を容易に実施できるように添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
表示装置の構成
【００４６】
本発明の一実施形態に従う表示装置の主な技術的特徴は、電荷を持つ粒子を溶媒中に分散させるか、電荷を持つ粒子を、電気分極特性を持つ溶媒中に分散させるか、または電荷及び電気分極特性を持つ粒子を溶媒中に分散させた状態のとき、電場を印加することによって粒子間距離を制御し、これによって、フォトニック結晶特性を用いてフルスペクトル表示装置を具現することである。
【００４７】
［電荷を持つ粒子］
【００４８】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に従う表示装置に含まれる粒子の構成を示す図である。
【００４９】
まず、図１を参照すると、本発明の一実施形態に従う粒子１１０は、負電荷または正電荷を持つ粒子として溶媒１２０中に分散される。このとき、粒子１１０は、同一極性の電荷による相互間の斥力によって互いから所定の間隔をおいて配列され得る。粒子１１０の直径は、数ｎｍ〜数百μｍであり得るが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００５０】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に従う粒子１１０は、図２の（ａ）に示されているような異種の物質からできているコア−シェル１１２構造か、図２の（ｂ）に示されているような異種の物質からできているマルチ−コア１１４構造か、または図２の（ｃ）に示されているような複数のナノ粒子からできているクラスタ構造１１６を有することができる。ここで、電荷を持つ電荷層１１８がこれらの粒子を取り囲んでいる。
【００５１】
より具体的には、本発明の一実施形態に従う粒子１１０は、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの元素やこれらを含む化合物からできているものであってよい。そして、本発明の一実施形態に従う粒子は、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの高分子物質からできているものであってよい。また、本発明の一実施形態に従う粒子は、電荷を持たない粒子またはクラスタを、電荷を持つ物質でコーティングすることによって作ることができる。これらの粒子の例として、炭化水素基を有する有機化合物によって表面が加工（またはコーティング）された粒子と、カルボン酸基、エステル基、アシル基を有する有機化合物によって表面が加工（またはコーティング）された粒子と、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉなど）元素を含む錯化合物によって表面が加工（コーティング）された粒子と、アミン、チオール、ホスフィンを含む配位化合物によって表面が加工（コーティング）された粒子と、表面上にラジカルを形成することによって形成された電荷を持つ粒子とが挙げられる。
【００５２】
一方、本発明の一実施形態によれば、粒子が後述する溶媒内で沈澱せずに安定したコロイド状態を維持することによってフォトニック結晶特性を効果的に示すために、粒子及び溶媒からなるコロイド溶液の界面動電位（すなわちゼータ電位）の値を所定値またはそれ以上にし、粒子と溶媒との比重差を所定値またはそれ以下にし、溶媒と粒子との屈折率差を所定値またはそれ以上にすることができる。例えば、コロイド溶液の界面動電位の絶対値を１０ｍＶまたはそれ以上にし、粒子と溶媒との比重差を５またはそれ以下にし、粒子と溶媒との屈折率差を０．３またはそれ以上にすることができる。
【００５３】
［電気分極特性］
【００５４】
さらに、本発明の一実施形態によれば、表示装置に含まれる粒子及び／または溶媒は、電気分極特性を持つものであってよいが、このような粒子及び／または溶媒は、原子または分子の非対称的な電荷分布などによって外部電場が印加されることによって、電子分極、イオン分極、界面分極及び回転分極のうちのいずれか１つによって電気分極が生じる物質を含むことができる。
【００５５】
図３は、本発明の一実施形態に従い、電場が印加されたときの粒子または溶媒が分極される構成を示す図である。
【００５６】
図３の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、外部電場が印加されなければ、粒子及び／または溶媒は電気的平衡状態を維持するが、外部電場が印加されると、粒子及び／または溶媒内の電荷は所定の方向に移動し、従って粒子または溶媒の電気的分極が起こり得る。図３の（ｃ）及び（ｄ）を参照すると、外部電場が印加されなければ、電気的に非対称的な構成要素によって生じる単位分極（unit polarization）を有する粒子及び／または溶媒は、無秩序またはランダムに配列されるが、外部電場が印加されると、単位分極を有する粒子及び／または溶媒は、外部電場の方向に沿って所定の方向に再配列され得るので、全体として相当大きい分極値を示し得る。一方、本発明の一実施形態によれば、単位分極は、電子またはイオンの非対称的配置や分子の非対称的構造において生じ得る。外部電場が印加されなければ、この単位分極により、微細な残留分極値が表れるであろう。
【００５７】
図４は、本発明の一実施形態に従い分子の非対称的配置によって示される単位分極特性を示す図である。より具体的には、図４は、水分子（Ｈ２Ｏ）の場合を示している。水分子の他に、トリクロロエチレン、四塩化炭素、ジイソプロピルエーテル、トルエン、メチル−ｔ−ブチルエーテル、キシレン、ベンゼン、ジエチルエーテル、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、酢酸ブチル、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、テトラヒドロフラン、ｎ−プロパノール、クロロホルム、酢酸エチル、２−ブタノン、ジオキサン、アセトン、メタノール、エタノール、 アセトニトリル、酢酸、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどは、分子構造の非対称性に起因する単位分極特性を示すので、本発明に従う粒子または溶媒を構成する物質として用いることができる。参考のため、物質の分極特性を比較するために使用される極性指数は、水（Ｈ２Ｏ）の分極特性に対する所与の物質の相対的な分極の程度を示す指標である。
【００５８】
さらに、本発明の一実施形態に従う粒子または溶媒は強誘電性物質を含み得るが、これは、外部電場の印加時の分極の増加を示し、外部電場の印加なしでも大きな残留分極及び残留ヒステリシスを示す。粒子または溶媒は超常誘電性物質を含み得るが、これは、外部電場の印加時の分極の増加を示し、外部電場が印加されなければ残留分極及び残留ヒステリシスを示さない。図５を参照すると、常誘電性物質５１０、強誘電性物質５２０及び超常誘電性物質５３０の外部電場によるヒステリシス曲線を確認することができる。
【００５９】
さらに、本発明の一実施形態に従う粒子または溶媒は、ペロブスカイト構造を有する物質を含むことができる。ＡＢＯ３のようなペロブスカイト構造を有する物質の例としては、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３などの物質を挙げることができる。
【００６０】
図６は、本発明の一実施形態に従う粒子または溶媒に含まれ得るペロブスカイト構造を有する物質を示す図である。図６を参照すると、ＰｂＺｒＯ３（またはＰｂＴｉＯ３）のＺｒ（またはＴｉ）（すなわち、ＡＢＯ３構造のＢ）の位置は、ＰｂＺｒＯ３（またはＰｂＴｉＯ３）に印加される外部電場の方向によって異なるので、ＰｂＺｒＯ３（またはＰｂＴｉＯ３）の全体極性が変化し得る。
【００６１】
一方、本発明の一実施形態によれば、溶媒は、極性指数１以上の物質を含み得る。
【００６２】
粒子及び溶媒の構成は、必ずしも上記したものに限定されることはないが、本発明の目的の範囲内で、すなわち、電場によって粒子間距離を制御できる範囲内で、適宜変更可能である。
【００６３】
［表示装置の動作原理及び構成］
【００６４】
一方、本発明の第１の実施形態によれば、同一の符号または極性の電荷を持つ複数の粒子を、電気分極特性を持つ溶媒中に分散させたとき、粒子を含む分散液及び分散粒子を含む溶媒に電場を印加すると、粒子の電荷により、電場の強さ及び粒子の電荷量に比例する電気的引力が粒子に作用する。これによって、複数の粒子が電気泳動によって所定の方向に移動し、それゆえに粒子間距離が狭くなる。対照的に、粒子間距離が狭くなるにつれて、同一の符号または極性の電荷を持つ粒子間で発生する電気的斥力が増加し、結局のところ、粒子間距離が小さくなり続けないようにしつつ所定の均衡状態になる。さらに、溶媒は、溶媒の電気分極特性によって所定の方向に電気的に分極される。これによって、電気的引力が、局部的に発生し、分極された溶媒と電気的に相互作用する粒子同士の粒子間距離に所定の影響を及ぼす。すなわち、本発明の第１の実施形態によれば、複数の粒子は、外部電場によって発生する電気的引力、同一極性の電荷を持つ粒子間の電気的斥力、分極によって発生する電気的引力などが平衡する距離をおいて、規則的に配列されることができる。上記の原理に従って、粒子間距離を所定の間隔で制御することができ、所定の距離をおいて配列された複数の粒子は、フォトニック結晶として機能することができる。規則的に離間した複数の粒子から反射される光の波長は、粒子間距離によって決定されるので、粒子から反射される光の波長は、粒子間距離を制御することによって任意に制御可能である。ここで、反射光の波長のパターンは、印加される電場の強さ及び方向、粒子の大きさ及び質量、粒子及び溶媒の屈折率、粒子の電荷量、溶媒の電気分極特性、溶媒中に分散された粒子の濃度などの諸因子によって、様々に表すことができる。
【００６５】
図７は、本発明の第１の実施形態に従う粒子間距離の制御の構成を概念的に示す図である。図７を参照すると、外部電場が印加されなければ、電荷を持つ粒子７２０周辺の単位分極が生じた溶媒７１０は、粒子の電荷と相互作用することによって粒子の方向に集中的に配列されることができ、単位分極が生じた溶媒７１０は、荷電粒子からの距離が大きくなるにつれて、より無秩序またはランダムに配列されることができる（図７の（ａ）参照）。また、図７を参照すると、外部電場が印加されると、粒子７２０によって影響されない領域（すなわち、粒子７２０から遠く離れた領域）に位置する単位分極が生じた溶媒７１０は、電場の方向に再配列される。粒子７２０の電荷によって発生する電気的引力に強く影響される領域（すなわち、粒子７２０の周囲の領域）に位置する単位分極が生じた溶媒７１０は、粒子７２０の電荷によって発生する電気的引力と外部電場によって発生する電気的引力との相互作用によって、非対称的に配列され得る。従って、粒子７２０の周囲の領域で溶媒７１０が非対称的に配列されている領域、すなわち分極領域７３０は、１つの大きな、電気的に分極した粒子のように作用するので、他の大きな分極領域と相互作用することができ、それによって、電荷を持つ粒子を、所定の間隔または空間を維持した状態で規則的に配列することができる（図７の（ｂ）参照）。
【００６６】
本発明の第２の実施形態によれば、同一の符号または極性の電荷及び電気分極特性を持つ複数の粒子を溶媒中に分散させたとき、粒子及び溶媒に電場を印加すると、粒子の電荷により、電場の強さ及び粒子の電荷量に比例する電気的引力が粒子に作用する。これによって、複数の粒子が電気泳動によって所定の方向に移動し、それゆえに粒子間距離が狭くなる。対照的に、粒子間距離が狭くなるにつれて、同一の符号または極性の電荷を持つ粒子間で発生する電気的斥力が増加し、結局のところ、粒子間距離が小さくなり続けないようにしつつ所定の均衡状態になる。粒子は、粒子の電気分極特性によって所定の方向に電気的に分極される。これによって、電気的引力が、分極された粒子同士の間に局部的に発生し、粒子間距離に所定の影響を及ぼす。
【００６７】
すなわち、本発明の第２の実施形態によれば、複数の粒子は、外部電場によって発生する電気的引力、同一符号の電荷を持つ粒子間の電気的斥力及び分極によって発生する電気的引力が平衡する距離をおいて、規則的に配列されることができる。上記の原理に従って、粒子間距離を所定の間隔で制御することができ、所定の間隔で配列された複数の粒子は、フォトニック結晶として機能することができる。規則的に配列された複数の粒子から反射される光の波長は、粒子間距離によって決定されるので、粒子から反射される光の波長は、粒子間距離を制御することによって正確に制御可能である。ここで、反射光の波長のパターンは、電場の強さ及び方向、粒子の大きさ及び質量、粒子及び溶媒の屈折率、粒子の電荷量、粒子の電気分極特性、溶媒中に分散された粒子の濃度などの諸因子によって、様々に表すことができる。
【００６８】
図８は、本発明の第２の実施形態に従う粒子間距離の制御の構成を概念的に示す図である。
図８を参照すると、外部電場が印加されなければ、粒子８１０は分極されない（図８の（ａ）参照）。外部電場が印加されると、粒子８１０は、粒子８１０内の物質の電気分極特性によって、電気的に分極され得る。従って、粒子８１０を、所定の間隔または空間を維持した状態で規則的に配列することができる（図８の（ｂ）参照）。
【００６９】
本発明の第１及び第２の実施形態において、溶媒または粒子の電気分極値が大きいほど、分極領域７３０間または分極された粒子８１０間の相互作用が大きくなり、これによって、粒子をより規則的に配列することができる。
【００７０】
図９は、本発明の一実施形態に従う表示装置の構成を示す図である。
【００７１】
図９を参照すると、本発明の一実施形態に従う表示装置９００は、表示部９１０と、電場発生及び／または印加部９２０とを含み得る。より具体的には、本発明の第１の実施形態によれば、表示部９１０は、同一の符号の電荷を持つ複数の粒子９１２を、電気分極特性を持つ溶媒９１４中に分散させた状態で含み得る。また、本発明の第２の実施形態によれば、表示部９１０は、同一の符号の電荷及び電気分極特性を持つ複数の粒子９１２を、溶媒９１４中に分散させた状態で含み得る。
【００７２】
図１０及び図１１はそれぞれ、本発明の第１及び第２の実施形態に従う表示装置の構成を概念的に示している。本発明の第１及び第２の実施形態については、既に図７及び図８を参照して詳細に説明したので、図１０及び図１１の追加的な説明は省略する。
【００７３】
本発明の一実施形態によれば、表示部９１０は、印加される電場の強さ及び／または方向により、特定の波長範囲の光（すなわち、可視光線領域から見て特定の色の光）を反射させる機能を行う。上述したように、これは、表示部９１０に印加される電場の強さ及び／または方向によって決まる粒子９１２同士の粒子間距離を制御することによって達成することができる。
【００７４】
次に、電場発生及び／または印加部９２０は、表示部９１０に所定の強さ及び／または方向の電場を印加する機能を行う。電場発生及び／または印加部９２０によって印加される電場の強さ及び／または方向は、表示部９１０から反射されることが望ましい光の波長範囲にわたって適切に制御することができる。
【００７５】
より具体的には、図１２は、本発明の一実施形態に従う複数の電極を含む電場発生または印加部を含む表示装置の構成を示す図である。
【００７６】
図１２を参照すると、本発明の一実施形態に従う電場発生／または印加部１２２２、１２２４、１２２６及び１２２８は、それぞれ電極１２２２、１２２４、１２２６及び１２２８を含むことができ、これらの電極は、表示部１２１０に含まれる粒子１２１２の粒子間距離をより正確にかつ独立して制御するために、表示部１２１０の一部領域にのみ独立して電場を印加することができる。電極１２２２、１２２４、１２２６及び１２２８は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの精密駆動回路によって、個々に制御することができる。電場発生／または印加部１２２２、１２２４、１２２６及び１２２８は、表示部１２１０から放出される光の進行を妨害しないように、光透過性物質で作製することができる。例えば、電場発生／または印加部１２２２、１２２４、１２２６及び１２２８は、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、カーボンナノチューブ（これらは光透過性電極材料である）及び他の電気伝導性ポリマーフィルムでできているものであってよい。
【００７７】
図１２を参照すると、電場発生／または印加部１２２２、１２２４、１２２６及び１２２８は、第１の電極１２２２と、第２の電極１２２４と、第３の電極１２２６と、第４の電極１２２８とを含み得る。電圧が印加されない第１の電極１２２２によってカバーされる空間には電場が印加されないので、第１の電極１２２２によってカバーされる空間に位置する粒子１２１２は、不規則に配列され得る。従って、第１の電極１２２２によって制御される表示部１２１０は、フォトニック結晶によって生じる色を表さないであろう。次に、互いに異なるレベルの電圧が印加される第２の電極１２２４、第３の電極１２２６及び第４の電極１２２８によってカバーされる空間には、それぞれの電圧に対応する電場が印加されるので、これらの電極によってカバーされる空間に位置する粒子１２１２はそれぞれ、電場によって発生する電気的引力（すなわち電気泳動を生じさせる力）、同一の符号の電荷を持つ粒子１２１２間の電気的斥力、粒子１２１２または溶媒１２１４の分極（またはその増加）によって発生する電気的引力などが平衡している状態で、互いから所定の粒子間距離で規則的に配列され得る。従って、第２の電極１２２４、第３の電極１２２６及び第４の電極１２２８によって制御される表示部１２１０は、それぞれの領域に対して異なる波長範囲の光（すなわち、フォトニック結晶特性によって生じる構造色）を反射することができる。例えば、第４の電極１２２８に印加される電圧が第３の電極１２２６に印加される電圧よりも大きいと仮定すると、第４の電極１２２８によってカバーされる空間に位置する粒子１２１２の粒子間距離は、第３の電極１２２６間に位置する粒子１２１２の粒子間距離よりも小さいであろう。それゆえ、第４の電極１２２８によって制御される表示部１２１０は、第３の電極１２２６によって制御される表示部１２１０よりも短い波長の光を反射することができる。
【００７８】
図１３は、本発明の一実施形態に従い表示装置に含まれる粒子及び溶媒が複数のカプセル内にカプセル化されている構成を示す図である。
【００７９】
図１３を参照すると、表示装置１３００に含まれる粒子１３１２及び溶媒１３１４は、光透過性物質でできているカプセル１３３２、１３３４、１３３６及び１３３８内にそれぞれカプセル化されている。図１３に示すように粒子１３１２及び溶媒１３１４をカプセル化することによって、互いに異なるカプセル内に含まれる粒子１３１２及び溶媒１３１４同士の間で、混入などの直接的な干渉を防止することができ、電荷を持つ粒子の電気流体力学（ＥＨＤ）運動によって粒子が不規則に配列されることを防止することができ、粒子及び溶媒の密封を容易にすることによって表示装置１３００のフィルム加工性を向上させることができ、表示装置１３００に含まれる粒子間距離を各カプセル毎に独立して制御することができる。
【００８０】
図１３を参照すると、表示装置１３００は、４個のカプセル１３３２、１３３４、１３３６及び１３３８を含み得る。第１のカプセル１３３２、第２のカプセル１３３４、第３のカプセル１３３６及び第４のカプセル１３３８の一部分に位置する電極１３２２、１３２４、１３２６及び１３２８には、それぞれ第１の電圧、第２の電圧、第３の電圧及び第４の電圧を印加することができる。よって、異なる強さ及び異なる方向の電場が印加されるそれぞれのカプセルは、互いに異なる波長範囲の光を反射する。従って、本発明の一実施形態に従う表示装置１３００により、各カプセル毎に独立したディスプレイを具現することができる。
【００８１】
図１３とは異なり、電極とカプセルとが１対１に対応して配置されておらず、代わりに、電極によってカバーされる領域がカプセルより小さいか、または１つのカプセルが２つ以上の電極によってカバーされていても、電極パターンを用いることによって表示部の所与の領域に対して望ましいように独立したディスプレイを具現することができる。すなわち、本発明の一実施形態によれば、或るカプセル内の特定領域に、該カプセルをカバーしている複数の電極のうちの１つによって電場が印加されるとき、カプセル内に存在する複数の粒子のうち特定領域に存在する溶媒及び／または粒子のみが電場と反応し、他の領域に存在する粒子及び／または溶媒は電場と反応しない。それゆえ、特定波長の光が反射される領域（すなわち表示領域）は、カプセルの大きさやパターンではなく、むしろ電極パターンによって決定されることができる。
【００８２】
図１４は、本発明の一実施形態に従い表示装置に含まれる粒子及び溶媒が媒体中に分散されている構成を示す図である。
【００８３】
図１４を参照すると、本発明の一実施形態に従う表示装置１４００に含まれる粒子及び溶媒は、光透過性物質でできている媒体１４３０中に分散され得る。より具体的には、所定量の粒子及び溶媒が、電場などの外部刺激に対して変化しない光透過性物質１４３０中に液滴の形態で分散・分布しているので、表示装置１４００に含まれる粒子が部分的に分離される。すなわち、本発明の一実施形態によれば、溶媒及び溶媒内に分散させた粒子は、異なる領域に含まれる粒子または溶媒同士の間で混入などの直接的な干渉の発生を防止し、それによって、表示装置１４００に含まれる粒子の粒子間距離をより独立的に制御するように、光透過性媒体１４３０中に分散・分布している。
【００８４】
表示装置１４００は、媒体１４３０に含まれる複数の領域１４１０、１４２０を含み得る。より具体的には、第１の電圧が印加される第１の電極１４４２間に位置する第１の領域１４１０に含まれる粒子の粒子間距離と、第２の電圧が印加される第２の電極１４４４間に位置する第２の領域１４２０に含まれる粒子の粒子間距離とを、互いから独立して制御することができる。よって、第１の領域１４１０及び第２の領域１４２０は、互いに異なる波長範囲の光を反射することができる。従って、表示装置１４００により、各領域に対して独立したディスプレイを具現することができる。
【００８５】
図１５は、本発明の一実施形態に従い光透過性媒体内にカプセル化された溶液の構成を示す図である。参考として、図１５は、図１３に関連して説明した表示装置１３００の断面を電子顕微鏡で撮影した写真に相当する。
【００８６】
図１５を参照すると、溶媒及び溶媒中に分散させた粒子１５１０が、電場によって変化しない光透過性物質内にカプセル化されている。本発明の一実施形態によれば、コロイド状態で溶媒中に分散させた粒子１５１０を含む溶液（すなわち粒子及び溶媒の混合物）を、異なる種類の非混和性溶液と混合してエマルションを形成し、その後、エマルションの界面を光透過性物質１５２０でコーティングし、それによって光透過性物質１５２０内にカプセル化する。ここで、粒子として、電荷層でコーティングされた酸化鉄（ＦｅＯｘ）クラスタを用いることができ、溶媒として、電気分極特性を持つ溶媒を用いることができ、カプセル物質として、ゼラチンを含む光透過性高分子物質を用いることができる。
【００８７】
図１６は、本発明の一実施形態に従い媒体中に分散させた粒子及び溶媒の構成を示す図である。参考として、図１６は、図１４に関連して説明した表示装置１４００の断面を電子顕微鏡で撮影した写真に相当する。
【００８８】
図１６を参照すると、溶媒１６２０及び溶媒中に分散させた粒子１６１０が、電場や磁場などの外部刺激に対して変化しない固体またはゲル状態の光透過性物質でできている媒体１６３０中に分散されている。電荷を持つ粒子１６１０を溶媒１６２０中に分散させ、得られた分散液を液滴形態で光透過性媒体１６３０中で均一に混合することによって、図１６に示した構成を得ることができる。さらに、粒子１６１０は、電荷層でコーティングされた酸化鉄（ＦｅＯｘ）クラスタであってよく、溶媒１６２０は、エチレングリコール（ＥＧ）であってよく、媒体１６３０は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であってよい。
【００８９】
図１７は、本発明の一実施形態に従い表示装置に含まれる粒子及び溶媒が複数のセルに区画化されている構成を示す図である。
【００９０】
図１７を参照すると、表示装置１７００に含まれる粒子１７１２及び溶媒１７１４は、絶縁体でできている隔壁または同様のものによって分離され、複数のセル１７３２、１７３４、１７３６及び１７３８に区画化されることができる。粒子１７１２及び溶媒１７１４を区画化することによって、異なるセルに含まれることになる粒子１７１２及び／または溶媒１７１４同士の間で、混入などの直接的な干渉が発生することを防止できる。これによって、表示装置１７００に含まれる粒子の粒子間距離を各セルごとに独立して制御することができ、粒子が、電荷を持つ粒子の電気流体力学（ＥＨＤ）運動によって不規則に配列されることを防止できる。
【００９１】
一方、図１７とは異なり、電極とセルが１対１に対応して配置されておらず、代わりに、電極によってカバーされる領域がセルより小さいか、または１つのセルが２つ以上の電極によってカバーされていても、電極パターンを用いることによって表示部の所与の領域に対して望ましいように独立したディスプレイを具現することができる。すなわち、或るセル内の特定領域に、該セルをカバーしている複数の電極のうちの１つによって電場が印加されるとき、セル内に存在する複数の粒子のうち特定領域に存在する溶媒及び／または粒子のみが電場と反応し、他の領域に存在する粒子及び／または溶媒は電場と反応しない。それゆえ、特定波長の光が反射される領域（すなわち表示領域）は、セルの大きさやパターンではなく、むしろ電極パターンによって決定されることができる。
【００９２】
上記したように、粒子及び溶媒をカプセル化するか、それらを媒体中に分散させるか、またはそれらを区画化することによって、粒子間距離を、各カプセル、各領域、または各セル毎に独立して制御することができ、それによって、より精密なディスプレイを可能にし、表示装置の維持及び補修を容易にするという効果が達成される。
【００９３】
一方、図１２〜図１７の実施形態は、上部電極及び下部電極が共に複数の電極に分割されている場合について説明してきたが、上部電極または下部電極のいずれか一方を共通電極として形成してもよい。例えば、ディスプレイ製品に実際に適用する際に、上部電極を透明電極物質でできている共通電極として形成する一方で、下部電極は、単位セルに分割して各セルを駆動するためのトランジスタに接続することができ、透明電極物質から製作しなくてもよい。
【００９４】
図１８〜図２０は、本発明の一実施形態に従い表示装置に印加される電圧のパターンを示す図である。
【００９５】
まず、図１８を参照すると、本発明の一実施形態に従う表示装置は、次のような制御部、すなわち、粒子を含む分散液に異なる強さ及び／または異なる方向の電場を順次印加するときに、電場の強さ及び／または方向を変える間の時間に粒子の粒子間距離をリセットまたは初期化し、そのようにして連続的なディスプレイを達成する機能を行う制御部（図示せず）をさらに含むことができる。より具体的には、電場発生及び／または印加部を用いて粒子及び溶媒を含む分散液に第１の電圧及び第２の電圧を順次印加するとき、制御部は、第１の電圧を印加した後、第２の電圧を印加する前に、第１の電圧と反対の極性を有するリセット電圧を分散液に印加することによって、第１の電圧によって所定の距離で配列されていた粒子間距離を初期またはリセット状態に戻す機能を行う。これによって、表示装置は、動作速度の向上及び残像の抑制を含む表示性能の向上を実現することができる。さらに、直前に印加された電圧とは反対の極性を有するリセット電圧が印加される。従って、たとえ表示装置がオフになっていても、直前に印加された電圧によって所定の方向に移動しかつ配列された粒子を強制的に反対方向に移動させることによって、動作速度を上げることができる。
【００９６】
次に、図１９を参照すると、本発明の一実施形態に従う表示装置は、次のような制御部、すなわち、粒子を含む分散液に異なる強さ及び／または異なる方向の電場を順次印加するときに、予め粒子間距離を所定の距離（待機距離）に維持し、連続的なディスプレイを達成する機能を行う制御部（図示せず）をさらに含むことができる。より具体的には、電場発生及び／または印加部を用いて粒子及び溶媒を含む分散液に第１の電圧及び第２の電圧を順次印加するとき、本発明の一実施形態に従う制御部は、予め所定の待機電圧を印加し、その後に第１の電圧または第２の電圧を印加することによって、粒子間距離を所望の粒子間距離になるように迅速に調整する機能を行う。これによって、本発明の一実施形態に従う表示装置は、応答速度及び画面切替速度の高速化を含む表示性能の向上を実現することができる。すなわち、従来の電子ペーパー技術では、特定色を表示するために、特定色の粒子をセルの一端から他端へ縦断するように移動させなければならなかった。これに対して、本発明では、可視光に対応しない待機粒子間距離が形成されるように可視スペクトルの反射光が表れないようにする相対的に低いレベルの待機電圧が印加され、その後、可視スペクトルの光を反射するように特定レベルまたはそれ以上の電圧が印加されるようにして、フォトニック結晶を実現することができる。従って、可視スペクトルの光を反射させるためのフォトニック結晶は、粒子を僅かに移動させるだけで実現することができ、そのような反射型表示装置の動作速度をより速くする。
【００９７】
続いて図２０を参照すると、本発明の一実施形態に従う表示装置は、次のような制御部、すなわち、分散液に異なる強さ及び／または異なる方向の電場を順次印加するときに、電場の強さ及び印加時間などの様々なパターンの電場を印加し、連続的なディスプレイを達成する機能を行う制御部（図示せず）をさらに含むことができる。より具体的には、電場発生及び／または印加部を用いて粒子及び溶媒を含む分散液に電場を印加するとき、本発明の一実施形態に従う制御部は、所定の電圧になるように電圧のレベルを増減させることができ（図２０の（ａ）を参照）、電圧の印加時間または周期を増減させることができ（図２０の（ｂ）を参照）、不連続なパルス電圧を繰り返して印加することによって、電圧の連続的な印加と同じ効果を達成することができる（図２０の（ｃ）を参照）。そのようにすることによって、本発明の一実施形態に従う表示装置は、多様なパターンの表示及び電力消費の減少を含む表示性能の向上を実現することができる。
【００９８】
しかし、本発明に従う電場印加パターンは、必ずしもここに挙げたものに限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で、すなわち、粒子間距離が電場によって制御できる範囲内で、適宜変更可能であることに留意されたい。
【００９９】
図２１は、本発明の一実施形態に従い太陽電池部を含む表示装置の構成を示す図である。
【０１００】
図２１を参照すると、表示装置２１００は、表示装置２１００を透過する光を用いて起電力を発生させかつそれを保存する機能を行う太陽電池部２１３０をさらに含むことができる。太陽電池部２１３０によって発生した起電力は、電場発生及び／または印加部２１２０を用いた電圧の発生及び印加に用いることができ、これによって、表示装置２１００は、外部の電源供給に依存せずに、上記したフォトニック結晶特性ディスプレイを実現することができる。しかし、本発明に従う表示装置と太陽電池部の組合せは、ここに挙げたものに限定されるものではなく、太陽電池部によって発生した起電力は、表示装置の駆動以外の目的に用いることもできる。
【０１０１】
図２２〜図２４は、本発明の一実施形態に従い電場発生及び／または印加部を構成する電極がパターニングされている構成を示す図である。
【０１０２】
まず、図２２を参照すると、電場発生及び／または印加部の下部電極２２２５（または上部電極２２２０）上に格子状の絶縁層２２３０を形成することができ、それゆえ、下部電極２２２５（または上部電極２２２０）を所定の間隔でパターニングすることができる。
【０１０３】
図２２に示した表示装置によれば、電極のパターニング間隔は、およそ数μｍ〜数百μｍに設定され、それによって、電荷を持つ粒子の電気流体力学（ＥＨＤ）運動によって粒子が不規則に配列されることを防止し、ひいては均一なディスプレイを達成する。特に、図２２に示した表示装置によれば、多くの時間及び費用を要するカプセル化やセル区画化などの複雑な工程を経ることなく、電気流体力学運動による粒子の偏りを効果的に防止することができる。
【０１０４】
次に、図２３を参照すると、本発明の一実施形態に従う電場発生及び／または印加部の下部電極（または上部電極）は、２つの電極（第１の電極２３２０及び第２の電極２３２５）に分割されることができる。より具体的には、図２４を参照すると、電場発生及び／または印加部の下部電極（または上部電極）を構成する第１の電極２４２０及び第２の電極２４２５は、鋸歯状（alternating teeth）にパターニングすることができる。
【０１０５】
図２３及び図２４に示した表示装置によれば、１つの基板のみに電極を形成することができるので経費削減の面で有利であり、電場の印加による粒子の移動距離が減少するので表示装置の動作速度を上げることができる。
【０１０６】
しかし、本発明に従う電極パターンは、必ずしも上記したものに限定されることはなく、本発明の目的の範囲内で、すなわち、電場によって粒子間距離を制御できる範囲内で、適宜変更可能であることに留意されたい。
【０１０７】
一方、フォトニック結晶特性を用いた表示装置は、入射光のうちの特定波長の光が選択的に反射される原理によって動作するので、フォトニック結晶特性を用いた表示装置を用いて完全な黒または完全な白を表すことが容易でないかもしれない。フォトニック結晶特性を用いた表示装置によりて黒色または白色を表示する構成について以下に説明する。
【０１０８】
図２５は、本発明の一実施形態に従って黒色または白色を表示する表示装置の構成を示す図である。
【０１０９】
図２５を参照すると、表示部２５１０が黒色の粒子２５１２を含むことができ、電場発生及び／または印加部が、透明な上部電極２５２０と、白色の第１及び第２の下部電極２５２２、２５２４とを含むことができる。まず、表示部２５１０に印加される電場の強さが所定値未満であるかまたは電場が印加されなければ、粒子２５１２は、フォトニック結晶を形成することができないが、自身の固有の色である黒色か、または粒子と溶媒との屈折率の差によって発生する散乱光を反射することができ、これによって、表示部２５１０は黒色を表示することができる（図２５の（ａ）を参照）。図２５に示していないが、しきい値以上の電場を表示部２５１０に印加することによって、黒色粒子２５１２を上部電極２５２０に密接に接触させて配列することができる。この場合も、表示部２５１０は黒色を表示することができる。次に、表示部２５１０に適切な強さの電場が印加されると、フォトニック結晶を形成する粒子２５１２から、特定の所望の波長範囲の光が反射され得る（図２５の（ｂ）を参照）。次に、表示部２５１０に所定の強さ以上の電場が印加されると、電気泳動を生じさせる電気的引力の大きさが大きくなり過ぎるので、粒子間距離２５１２が適切な距離に維持されず、粒子２５１２は一方の側に引き寄せられ得る。例えば、第１の下部電極２５２２の一部分にのみ所定値以上の電場が印加されるならば、表示部２５１０に含まれる全ての粒子２５１２は、フォトニック結晶を形成せず、第１の下部電極２５２２によってカバーされる狭い領域に引き寄せられ得る。従って、第２の下部電極２５２４は、黒色粒子２５１２の影響を受けずに、自身の固有の色である白色を反射することができるので、表示部２５１０は白色を表示することができる（図２５の（ｃ）を参照）。
【０１１０】
図２５の実施形態について、粒子及び電極の色を黒色及び白色に特定した場合に関して説明してきたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、本発明の表示装置に適用可能な粒子及び電極の色を所望のように変更することができ、さらに、透明に設定することもできる。フォトニック結晶特性を用いた表示装置を用いて透過型ディスプレイを達成する構成について以下に説明する。
【０１１１】
図２６は、本発明の一実施形態に従って透過型ディスプレイを達成具現する表示装置の構成を示す図である。
【０１１２】
図２６を参照すると、表示部２６１０が、ＳｉＯｘなどの可視光線透過性物質を含む透明な粒子２６１２を含むことができ、電場発生及び／または印加部が、同様に透明である上部電極２６２０及び下部電極２６２２を含むことができる。まず、表示部２６１０に印加される電場の強さが所定値未満であるかまたは電場が印加されなければ、粒子２６１２は、フォトニック結晶を形成してフォトニック結晶による色を表すことができず、粒子と溶媒との間の屈折率の差による入射光の散乱が生じ得る（図２６の（ａ）を参照）。次に、表示部２６１０に適切な強さの電場が印加されると、フォトニック結晶を形成する粒子２６１２から、特定の所望の波長範囲の光が反射され得る（図２６の（ｂ）を参照）。次に、表示部２６１０に所定の強さ以上の電場が印加されると、電気泳動を生じさせる電気的引力の大きさが大きくなり過ぎるので粒子間距離２６１２が可視スペクトルよりも短い波長範囲（例えば紫外線スペクトル）の光のみを反射させることができる。すなわち、この場合には、可視スペクトルの光はフォトニック結晶によって反射されずに透過されるので、上部電極２６２０、下部電極２６２２及び粒子２６１２は全て透明になり、これによって、図２６の表示装置は完全に透明になる（図２６の（ｃ）を参照）。
【０１１３】
一方、図２６には具体的に示していないが、図２６の（ｃ）において、特定色を有する電極を下部電極として用いると、可視スペクトルの光はフォトニック結晶によって反射されずに透過され、下部電極で反射するので、下部電極の色を表示することができる。
【０１１４】
すなわち、本発明に従う表示装置は、特定レベルを下回る電圧が印加されると、入射光が散乱されて半透明または不透明になり、特定範囲の電圧が印加されると、粒子の規則的配列（すなわちフォトニック結晶）によって可視スペクトルの入射光が反射され、それによって所定の色を表示する。また、特定レベルを超える電圧が印加されると、粒子間距離が狭くなり過ぎる。よって、可視スペクトルの入射光は透過され、可視スペクトルよりも短い波長範囲を有する紫外線スペクトルの入射光が反射されて、透明になる。従って、本発明に従う表示装置によれば、特定の波長範囲の光が反射され得るのみならず透明または不透明にもなり得るような変色ガラスなどを製作することができる。さらに、表示装置の透明度を調節することによって、表示装置に対して一方の側に存在する特定の色またはパターンが反対側にいる観察者の目に見えるようにするかまたは見えなくするディスプレイシステムを具現することができる。
【０１１５】
図２７は、本発明の一実施形態に従って互いに異なる電荷を持つ粒子を用いてフォトニック結晶特性ディスプレイを実現するための表示装置の構成を示す図である。
【０１１６】
まず、図２７を参照すると、表示装置２７００の表示部２７１０は、互いに異なる電荷を持つ粒子、すなわち、負電荷を持つ粒子２７１２及び正電荷を持つ粒子２７１４を含むことができる。表示部２７１０に電場が印加されると、負電荷を持つ粒子２７１２及び正電荷を持つ粒子２７１４は、それぞれ反対方向に移動して規則的に配列され得る。例えば、電場発生及び／または印加部の上部電極２７２０が陽極、下部電極２７２５が陰極であれば、負電荷を持つ粒子２７１２及び正電荷２７１４を持つ粒子はそれぞれ、上部電極２７２０の方向及び下部電極２７２５の方向に移動し、所定の粒子間距離を維持した状態でフォトニック結晶として配列され得る。この場合には、表示装置２７００は、両面（すなわち、上部電極２７２０側の面及び下部電極２７２５側の面）に対して特定の波長範囲の光を反射することができるので、両面ディスプレイを実現することができる。さらに、負電荷を持つ粒子２７１２の電荷量と正電荷を持つ粒子２７１４の電荷量が互いに異なる場合には、電場が印加されたとき、負電荷を持つ粒子２７１２の粒子間距離と正電荷を持つ粒子２７１４の粒子間距離とが互いに異なり得る。それゆえ、表示装置２７００は、両面で互いに異なる波長範囲の光を反射することができるので、両面が互いに独立して制御されるディスプレイを実現することができる。
【０１１７】
一方、図２５を参照して説明したように、図２７の表示装置２７００に含まれる負電荷を持つ粒子２７１２及び正電荷を持つ粒子２７１４は、それぞれ固有の色を有することができる。この場合には、上部電極２７２０及び下部電極２７２５に印加される電場の極性を調節するだけで、表示装置の上部及び下部に異なる色を表示することができる。例えば、負電荷を持つ粒子２７１２を黒色、正電荷を持つ粒子２７１４を白色と仮定すると、上部電極２７２０に正の電圧が印加されたときには、負電荷を持つ黒色粒子２７１２が上部電極２７２０に向かって移動し、表示装置の上部に黒色を表示することができる。また、上部電極２７２０に負の電圧が印加されたときには、正電荷を持つ白色粒子２７１４が上部電極２７２０に向かって移動し、表示装置の上部に白色を表示することができる。そうであるので、負電荷を持つ粒子２７１２及び正電荷を持つ粒子２７１４も、フォトニック結晶を形成し、それによって特定の波長の光を反射させることができる。それゆえ、同一セル上に白色及び黒色を表示することができ、特定の波長範囲内の反射光も同様に表示することができる。
【０１１８】
図２８は、本発明の一実施形態に従って接地電圧を印加するための電極を用いて両面フォトニック結晶ディスプレイを実現するための表示装置の構成を示す図である。
【０１１９】
図２８を参照すると、表示装置２８００は、上部電極２８２０と下部電極２８２５との間に接地電圧を印加するための接地電極２８３０を含むことができる。上部電極２８２０及び下部電極２８２５にそれぞれ異なる電圧が印加されると、上部電極２８２０と接地電極２８３０との間の空間及び下部電極２８２５と接地電極２８３０との間の空間に、それぞれ異なる方向及び大きさを有する電場が独立して印加されることができる。従って、上部電極２８２０と接地電極２８３０との間に位置する第１の表示部２８１０内に存在する粒子と、下部電極２８２５と接地電極２８３０との間に位置する第２の表示部２８１５内に存在する粒子とを、互いから独立して制御することができる。それゆえ、表示装置２８００は、両面（すなわち、上部電極２８２０側の面及び下部電極２８２５側の面）に対して異なる波長の光を反射することができ、従って、両面が互いに独立して制御されるディスプレイを実現することができる。
【０１２０】
以下では、本発明の別の実施形態に従い、電荷を持つ粒子及び溶媒を含む分散液に電場を印加して粒子間距離を制御し、それによって特定の波長範囲の光を反射させるような、フォトニック結晶特性を用いた表示方法及び装置について説明する。
【０１２１】
図９に示した本発明の一実施形態に従う表示装置９００と同様に、本発明の別の実施形態に従う表示装置（図示せず）は、表示部と、電場発生及び／または印加部とを含むことができ、表示部は、或る溶媒中に分散させた電荷を持つ複数の粒子を含むことができる。
【０１２２】
本発明の別の実施形態によれば、粒子に電場が印加されると、粒子の電荷により粒子に所定の方向の電気的引力が働き、粒子は電気泳動によって一方の側に引き寄せられるので、粒子間距離が狭くなる。これとは逆に、同じ符号の電荷を持つ粒子間に電気的斥力が働くので、粒子間距離は狭くなり続けずに、所定の均衡状態に達する。従って、粒子間距離は、電場によって発生する電気的引力と同じ符号の電荷を持つ粒子間の電気的斥力の相対的な強さによって決定することができ、それゆえ、所定の間隔で配列された複数の粒子はフォトニック結晶として機能することができる。すなわち、規則的に配列された複数の粒子から反射される光の波長が粒子間の距離によって決定されるので、粒子間の距離を制御することによって、粒子から反射される光の波長を変更することができる。
【０１２３】
一方、図１２〜図２３を参照しながら説明してきた構成及び実施形態は、本発明の別の実施形態に従う表示装置にも適用可能であることに留意されたい。
【０１２４】
電荷及び磁性または磁気特性を持つ粒子及び溶媒を含む分散液に電場及び／または磁場を印加して粒子の粒子間距離を制御し、特定の波長範囲の光を反射させるような、本発明のさらに別の実施形態に従うフォトニック結晶特性を用いた表示方法及び装置について以下に説明する。
【０１２５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、溶媒と、電荷及び磁性または磁気特性を持つ粒子とを含む分散液に、電場または磁場を印加し、粒子間距離を制御するような、表示装置が提供される。磁性または磁気特性を持つ粒子の粒子間距離は、電荷を持つ粒子の粒子間距離が電場によって制御されるのと同じ原理で、磁場によって制御されることができる。従って、動作原理の詳細な説明は省略する。本発明のさらに別の実施形態によれば、電荷及び磁性を持つ粒子は、電荷を持つ物質に加えて、鉄（Ｆｅ）酸化物、ニッケル（Ｎｉ）酸化物、コバルト（Ｃｏ）酸化物などの超常磁性体物質または磁性ナノ粒子を含み得る。しかし、本発明のさらに別の実施形態に従う粒子の構成は、上記したものに限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で適宜変更可能であることに留意されたい。
【０１２６】
より具体的には、本発明のさらに別の実施形態によれば、表示部で特定色を表示するためのディスプレイが、電荷及び磁性を持つ粒子を含む表示部に所定の電場を印加することによって実現される状態において、表示部の部分領域に、所定の方向及び大きさを有する磁場を印加すると、表示部の対応する部分領域で表示される色を変更することができる。さらに、本発明のさらに別の実施形態によれば、表示部の部分領域に特定色を表示するためのディスプレイが、電荷及び磁性を持つ粒子を含む表示部の部分領域に、所定の方向及び大きさを有する磁場を印加することによって実現される状態において、表示部の全領域に、所定の方向及び大きさを有する電場を印加すると、表示部の全領域にわたってディスプレイをリセットすることができる。すなわち、本発明のさらに別の実施形態に従う表示装置を用いると、電場及び磁場を用いて粒子間距離を制御することができるので、ディスプレイ制御方法を多様化することができる。
【０１２７】
図２９は、本発明のさらに別の実施形態に従う表示装置の構成を示す図である。
【０１２８】
図２９を参照すると、本発明のさらに別の実施形態に従う表示装置２９００は、電荷及び磁性を持つ粒子２９１２を含む表示部２９１０と、表示部２９１０に電場を印加するための電場発生及び／または印加部２９２２、２９２４及び２９２６と、表示部２９１０に磁場を印加するための磁場発生及び／または印加部２９３０とを含むことができる。磁場印加部２９３０は、表示部２９１０に印加される磁場の強さ及び方向を制御するために、電磁石２９３２及びコイル２９３４を含むことができる。さらに、磁場印加部２９３０は、表示装置２９００の特定部分に固定設置される磁極の形態をとってもよいし、あるいは、表示部２９１０上の所与または所望の領域に磁場を印加するように使用者によって操作されるように、ペンの形態をとってもよい。
【０１２９】
図２９を参照すると、電圧が印加されていない第１の電極２９２２間に位置する粒子２９１２は不規則に配列され得るが、電圧が印加される第２の電極２９２４間に位置する粒子２９１２は、第２の電極２９２４間に印加される電場によって所定の粒子間距離を維持した状態で規則的に配列され得る。第３の電極２９２６によって印加される電場にも磁場発生及び／または印加部２９３０によって印加される磁場にも影響される粒子２９１２は、第２の電極２９２４間に位置する粒子２９１２よりも密または疎に規則的に配列され得る。
【０１３０】
続いて、図２９を参照すると、磁場印加部２９３０は、誘導電流によって生じる磁場を発生させるようにコイル２９３４が巻かれている電磁石２９３２と、コイル２９３４に電流を流すための電源（図示せず）とを含むことができる。このような構成では、コイル２９３４から誘導されかつ電磁石２９３２によって発生する磁場の強さを、コイル２９３４に供給される電流の変化を調節することによって変化させることができる。それゆえ、表示部２９１０内に含まれる粒子の粒子間距離は、多様かつ精密に制御されることができ、結果として、表示部２９１０上に全波長範囲の構造色を表示するためのディスプレイを実現することができる。
【０１３１】
さらに、図２９を参照すると、本発明のさらに別の実施形態に従う磁場印加部２９３０は、表示部２９１０に多様な色のディスプレイを実現する「書き込み」機能と、表示部２９１０に実現されたディスプレイをリセットする「消去」機能を行うことができる。すなわち、本発明のさらに別の実施形態によれば、磁場発生及び／または印加部２９３０に取り付けられたコイル２９３４に流れる電流の強さ及び方向を変えることによって、表示部２９１０内に含まれている粒子の粒子間距離を所定の粒子間距離に設定するか、または逆に、表示部２９１０内に含まれている粒子の粒子間距離をリセットすることができる。従って、表示装置２９００を用いて、全波長範囲の構造色を表示するディスプレイのみならず、背景における様々な色の文字の書き込み及び／または消去機能とともに様々な背景色を有するカラーボードを実現することができる。
【０１３２】
一方、図１２〜図２３を参照しながら説明してきた構成及び実施形態は、本発明のさらに別の実施形態に従う表示装置にも適用可能であることに留意されたい。
【０１３３】
実験結果
【０１３４】
まず、図３０及び図３１はそれぞれ、本発明の一実施形態に従って電気分極特性を持つ溶媒中に電荷を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光を示すグラフ及び写真である。参考として、図３０及び図３１の実験において、電荷を持つ粒子として、負電荷に帯電させ、シリコン酸化膜をコーティングした大きさ１００ｎｍ〜２００ｎｍの粒子を用い、電気分極特性を持つ溶媒として、１より大きい極性指数を有する溶媒を用いた。粒子及び溶媒を含む分散液に電場を印加するために印加された電圧の強さは、０Ｖ〜５Ｖの範囲内で様々に設定した。一方、図３０に示したグラフは、様々な強さの電場を印加したときの粒子から反射された光の反射率を可視スペクトルの波長範囲で示している。図３０から、電場の強さの変化による反射光の波長パターンの変化の度合いが大きいほど、粒子間距離の変化が大きいことが分かる。これは、電場の強さを制御することによって、より多様な波長の光を粒子から反射させることができることを意味している。
【０１３５】
図３０を参照すると、粒子から反射される光の波長パターンは、印加される電場の強さ（すなわち電圧の強さ）によって決まることが分かる。より具体的には、全体的に見ると、印加される電場の強さ（すなわち電圧の強さ）が増すほど、粒子から反射される光の波長が短くなることが分かる。図３０の実験結果によれば、印加される電場の強さ（すなわち電圧の強さ）が増すほど、粒子から反射される光の色がより赤色から青色に変化することが分かる。図３１を参照すると、上記した反射光の色の変化を視覚的に確認することができる。
【０１３６】
次に、図３２及び図３３は、本発明の一実施形態に従って異なる極性指数を有する溶媒中に電荷を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光の波長を示すグラフである。参考として、図３２及び図３３の実験において、電荷を持つ粒子として、負電荷に帯電させ、シリコン酸化膜をコーティングした大きさ１００ｎｍ〜２００ｎｍの粒子を用い、電気分極特性を持つ溶媒として、それぞれ極性指数０、２、４及び５の溶媒を用いた。より具体的には、図３２のグラフ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ極性指数０、２、４及び５の溶媒に対する実験結果を示しており、図３３のグラフ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、極性指数０の溶媒と極性指数４の溶媒をそれぞれ９０：１０、７５：２５、５０：５０及び０：１００の割合で混合した溶媒に対する実験結果を示している。一方、図３２及び図３３のグラフは、様々な強さの電場を印加したときの粒子から反射された光の反射率を可視スペクトルの波長範囲で示している。電場の強さの変化による反射光の波長パターンの変化の度合いが大きいほど、粒子間距離の変化が大きい。これは、電場の強さを制御することによって、より多様な波長の光を粒子から反射させることができることを意味している。
【０１３７】
図３２を参照すると、極性指数０の溶媒に対する実験結果を示すグラフ（ａ）から、電場の強さ（すなわち電圧の強さ）を変化させても、異なる電圧間で反射光の波長パターンがほとんど変化しないことが分かる。極性指数が高くなるほど（すなわち、実験結果がグラフ（ａ）から（ｄ）に向かって進むほど）、電場の強さ（すなわち電圧の強さ）による反射光の波長パターンの変化が大きくなることが分かる。さらに、図３３を参照すると、高い極性指数を有する溶媒の割合が高くなるほど（すなわち、実験結果がグラフ（ａ）から（ｄ）に向かって進むほど）、電場の強さ（すなわち電圧の強さ）による反射光の波長パターンの変化が大きくなることが分かる。
【０１３８】
以上の実験結果から、本発明の一実施形態に従う表示装置を用いれば、特定の波長の光を反射することができるフォトニック結晶は、粒子の電荷量及び／または分極量、溶媒の分極量、及び／または印加される電場の強さを適切に調節することによって実現することができ、これによって、特定の波長範囲（フルスペクトル）のディスプレイを実現することができる。
【０１３９】
次に、図３４及び図３５はそれぞれ、本発明の一実施形態に従って溶媒中に電荷及び電気分極特性を持つ粒子を分散させた状態で電場を印加する実験を行った結果として粒子から反射された光を示すグラフ及び写真である。参考として、図３４及び図３５の実験において、電荷及び電気分極特性を持つ粒子として、帯電させたＳｒＴｉＯ３粒子（図３４の（ａ）を参照）及び帯電させたＢａＴｉＯ３粒子（図３４の（ａ）を参照）を用い、極性指数０の溶媒中にこれらの粒子を分散させた。
【０１４０】
図３４を参照すると、全体的に見ると、粒子及び溶媒に印加される電場の強さが増すほど、光の反射率が小さくなることが分かる。この実験結果から、電場が印加されると、溶媒中に分散させた粒子は電気的に分極されかつ電場の方向に配列され（図３５の（ｂ）を参照）、この配列により、入射光を反射することができる粒子の数が減少し、光の反射率が低下する、と結論付けられる。本実験は、電気分極特性を持つ粒子を無極性溶媒中に分散させた状態で電場を印加する構成を用いて生じさせることになる反射光の波長の急激な変化を引き起こさないが、電場が印加されたときに粒子が一定の方向に配列されることが分かった。このことから、粒子表面上の電荷などの条件を最適化することによって反射光の波長を変えることができると結論付けられる。
【０１４１】
次に、図３６は、本発明の一実施形態に従って透過型ディスプレイを実現するための構成に対する実験結果を示す図である。参考として、本実験で用いた粒子、溶媒及び電極は、可視スペクトルの光を透過させる透明な材質でできており、フォトニック結晶特性を用いた表示装置に印加される電場の強さを徐々に増加させながら、ディスプレイの透明性の度合いを視覚的に観察した。
【０１４２】
図３６を参照すると、電場の強さが比較的小さければ、可視スペクトルの光がフォトニック結晶によって反射されるので、表示装置上に所定の色が表示されることが分かった（図３６の（ａ）及び（ｂ）を参照）。しかし、電場の強さが比較的大きいと、フォトニック結晶によって反射される光の波長範囲が可視スペクトルから紫外線スペクトルに徐々にシフトするので、表示装置上に表示される色が顕著に薄くなることが分かった（図３６の（ｃ）を参照）。電場の強さがそれよりもずっと大きくなると、フォトニック結晶によって反射される光の波長範囲は完全に可視スペクトルの範囲外にあり、表示装置は、色を表示しない透明な状態になることが分かった（図３６の（ｄ）及び（ｅ）を参照）。この特性を用いると、本発明に従う表示装置を、変色ガラスなどのスマートガラスとして活用することができる。
【０１４３】
図３７は、本発明の一実施形態に従う表示装置の観察角とともに変化する表示性能の実験結果（すなわち、ディスプレイの視野角に関する実験結果）を示す図である。
【０１４４】
図３７を参照すると、本発明の一実施形態に従う表示装置の観察角が２０゜から７０゜まで変化するとしても、反射光のカラーパターン３７１０〜３７６０にはほとんど変化が見られなかった。従来のフォトニック結晶表示装置は、観察角に応じてカラーパターンの著しい変化を示すという短所を有するが、本発明に従う表示装置は、観察角が変化してもカラーパターンの変化がほとんどない一定のカラーパターンを示すという長所を有することが分かった。この長所は、本発明に従う表示装置によって形成されるフォトニック結晶が、短距離秩序を有する準結晶である、という事実に由来することを理解されたい。従って、本発明に従う表示装置は、単に長距離秩序を有するフォトニック結晶を形成するだけの従来の表示装置と比べて、表示性能を著しく向上させることができる。
【０１４５】
一方、図３８及び図３９は、本発明のさらに別の実施形態に従って電荷及び磁性を持つ粒子に電場（図３８）及び磁場（図３９）を印加することによって実際にディスプレイを実現した結果を示す図である。参考として、本実験において、粒子として、酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４；マグネタイト）を含み、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）でコーティングされかつ負電荷を持つ粒子を用い、これらの粒子を溶媒中に分散させた状態で表示装置内に注入した。
【０１４６】
まず、図３８の実験において、電場を印加するための電極の材料としてインジウム・スズ酸化物を用いた。これは、光透過性電極材料の１つである。さらに、本実験において、表示装置の上部電極に正電圧を印加することによって、負電荷を持つ粒子が配列され、上部電極に向かってバイアスされるようにした。一方、本実験において、表示装置の電極に、０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、・・・、１０Ｖの電圧を順次印加し、０Ｖ〜１０Ｖの電圧印加時に表示装置から反射された反射光の色を図３８の（ａ）〜（ｋ）にそれぞれ示した。
【０１４７】
図３８を参照すると、０Ｖ〜４Ｖの比較的低い電圧を印加した場合には特に色の変化が観察されなかったが、５Ｖ〜１０Ｖの比較的高い電圧を印加した場合は、著しい色の変化が観察された。特に、印加する電圧が高いほど、表示装置で観察される色が緑色から青色に変化した。その理由は、電場のおかげで粒子に作用する電気的引力（すなわち、電気泳動を生じさせる力）の大きさが増加するとともに粒子間距離が接近し、これによって、粒子から反射される光の波長が短くなるためであると結論付けられる（図３８の（ａ）〜（ｋ）を参照）。
【０１４８】
次に、図３９の実験において、磁場を発生させる永久磁石と表示装置との間の距離を徐々に小さくすることによって、表示装置に印加される磁場の強さを徐々に増加させた。
【０１４９】
図３９を参照すると、表示装置から反射される光の波長は、磁場の強さの変化とともに変化することが分かる。より具体的には、磁場の強さが小さいほど、より波長の長い赤の反射光が現れ、磁場の強さが大きいほど、より波長の短い青の反射光が現れることが分かる。
【０１５０】
図３８及び図３９の実験結果から、表示装置に電場及び／または磁場を印加することによって、粒子間距離を独立して変化させることができる。この特性を用いると、磁場によって実現されたディスプレイを電場を用いて消去し、または逆に、電場によって実現されたディスプレイ上に磁場を用いて或るパターンを形成することができるような、独創的な表示装置の製作が可能になる。
【０１５１】
上記したように、本発明に従う表示装置があれば、電荷を持つ粒子の粒子間距離を制御し、粒子から反射される光の波長を制御することによって、全波長範囲にわたる構造色を実現することができる。さらに、本発明に従う表示装置があれば、電荷を持つ粒子を独立して制御することによって多様かつ精密なディスプレイを実現することができ、表示装置の維持及び補修を容易にするという効果を達成することができる。特に、特定色しか表示できず、特定色とは異なる色を表示するために別体をなすカラーフィルタを使用しなければならないような、電子インクなどの既存のディスプレイと比較して、本発明に従う表示装置は、別体をなすカラーフィルタを使用せずに、全波長範囲にわたる構造色を効果的に表示するためのディスプレイを実現することができる点において効率的である。
【０１５２】
上記の実施形態について、フォトニック結晶特性を用いた表示装置に焦点を合わせて説明してきたが、本発明の構成は、色が変化する（カラーチェンジング）ガラス、色が変化する壁紙、色が変化する太陽電池、色が変化するセンサ、色が変化する紙、色が変化するインク、偽造防止タグなどの多様な分野に適用可能である。例えば、本概念を用いて、高価な測定機器なしで化学反応を検出可能な携帯用バイオセンサを、該化学反応から得られる化学信号を電気信号に変換しかつ該電気信号を特定の色で表示することによって、製作することができる。また、本発明の表示装置に用いられる溶媒として、光、熱、圧力などによって相変化が可能な物質を用いれば、特定の色を安定的かつ固定的に反射させるような電子ペーパー、電子インクなどを実現することができる。さらに、本発明に従う表示装置に含まれる粒子または溶媒に、蛍光物質や量子ドット（ＱＤ）などの物質を入れることによって、明るい環境ではフォトニック結晶を用いたディスプレイを実現することができ、暗い環境または紫外線環境では蛍光物質または量子ドットを用いたディスプレイを実現することができる。
【０１５３】
本発明について、特定の実施形態に関連して説明してきたが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に確定されているような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなしに、様々な変形形態及び変更形態を作ることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１５４】
１１０    粒子
１１２    コアセル
１１４    マルチコア
１１６    クラスタ
１１８    電荷層
１２０    溶媒
５１０    常誘電体
５２０    強誘電体
５３０    超常誘電体
７１０    溶媒
７２０    粒子
７３０    分極領域
８１０    粒子
９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１７００、２１００、２２００、２３００    表示装置
９１０、１０１０、１１１０    表示部
９１２、１０１２、１１１２    粒子
９１４、１０１４、１１１４    溶媒
９２０、１０２０、１１２０    電場発生部
１２１０    表示部
１２１２    粒子
１２１４    溶媒
１２２２、１２２４、１２２６、１２２８    電場発生部
１３１２    粒子
１３１４    溶媒
１３２２、１３２４、１３２６、１３２８    電場発生部
１３３２、１３３４、１３３６、１３３８    第１〜第４のカプセル
１４１０、１４２０    第１及び第２の領域
１４１２、１４２２    粒子
１４１４、１４２４    溶媒
１４３０    媒質
１４４２、１４４４    電場発生部
１５１０    粒子
１５２０    光透過性物質（カプセル膜）
１６１０    粒子
１６２０    溶媒
１６３０    光透過性部材
１７１０    表示部
１７１２    粒子
１７１４    溶媒
１７２２、１７２４、１７２６、１７２８    電場発生部
１７３２、１７３４、１７３６、１７３８    第１〜第４のセル
２１１０    表示部
２１１２    粒子
２１１４    溶媒
２１２０    電場発生部
２１３０    太陽電池部
２２１０    表示部
２２２０、２２２５    電場発生部
２２３０    絶縁層
２３１０    表示部
２３２０、２３２５    電場発生部
２４２０、２４２５    電場発生部
２５１０    表示部
２５１２    粒子
２５１４    溶媒
２５２０    上部電極
２５２２    第１の下部電極
２５２４    第２の下部電極
２６１０    表示部
２６１２    粒子
２６１４    溶媒
２６２０    上部電極
２６２２    下部電極
２７１０    表示部
２７１２    負電荷を有する粒子
２７１４    正電荷を有する粒子
２７２０    上部電極
２７２５    下部電極
２８１０    第１の表示部
２８１５    第２の表示部
２８２０    上部電極
２８２５    下部電極
２８３０    接地電極
２９１０    表示部
２９１２    粒子
２９１４    溶媒
２９２２、２９２４、２９２６    電場印加部
２９３０    磁場印加部
２９３２    電磁石
２９３４    コイル
３７１０〜３７６０    観察角が２０゜〜７０゜である場合の反射光のカラーパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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