(57)【要約】【課題】構造色を多色に変化させることが可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１０は、少なくとも可視光領域の光を透過する表示電極１３と、表示基板に間隙をもって対向して配置された背面電極１４と、各電極の間に挟持されたコロイド結晶溶液１５と、各電極１３，１４を介してコロイド結晶溶液に電圧を印加する電圧印加装置２０とを備える。コロイド結晶溶液１５は、液体の分散媒１５ａの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。分散媒１５ａの中には、コロイド粒子１５ｂよりも一次粒径が小さな微粒子１５ｃが添加されて分散されている。【選択図】  図１
2014071173.tif 000002
【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、
前記各電極を介して前記コロイド結晶溶液に電圧を印加する電圧印加装置と
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、
前記分散媒の中には、前記コロイド粒子よりも一次粒径が小さな微粒子が添加されて分散されている表示装置。
【請求項２】
前記微粒子はカーボンブラック粒子である、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記微粒子は顔料粒子である、請求項１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】
特許文献１には、対向した２枚の電極間にコロイド結晶を挟持させ、電極間に電圧が変化しない一定電圧の直流電圧を数秒間以上連続して印加することにより、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２には、対向した２枚の電極間にコロイド結晶を挟持させ、電極間に矩形波の交流電圧を印加し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２３２３８号公報
【特許文献２】特開２００１−１４２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
対向した２枚の電極間にコロイド結晶を挟持させ、電極間に直流電圧または交流電圧を印加してコロイド結晶の構造色を制御する技術では、構造色を多色に変化させることが要求されている。
本発明は前記要求を満足させるためになされたものであって、その目的は、構造色を多色に変化させることが可能な表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
【０００７】
＜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、
前記各電極を介して前記コロイド結晶溶液に電圧を印加する電圧印加装置と
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、
前記分散媒の中には、前記コロイド粒子よりも一次粒径が小さな微粒子が添加されて分散されている。
【０００８】
第１の局面によれば、コロイド結晶溶液の構造色の波長のピーク値（ピーク波長）とその変化量とを共に増大させること可能になり、コロイド結晶溶液の構造色を多色に変化させることができる。
【０００９】
＜第２の局面、第３の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、前記微粒子はカーボンブラック粒子である。
第３の局面は、第１の局面において、前記微粒子は顔料粒子である。
第２の局面または第３の局面によれば、第１の局面を容易に具体化して前記効果が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を具体化した一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】一実施形態の作用・効果を説明するためのグラフであり、表示装置１０の各電極１３，１４間に脈流の直流電圧を印加する時間と、コロイド結晶溶液１５の構造色の波長のピーク値（ピーク波長）との関係を測定したグラフ。
【図３】一実施形態の作用・効果を説明するためのグラフであり、コロイド結晶溶液１５のピーク波長の変化量と、アルミニウムに対する表示装置１０の表示面（表示基板１１の表面）の反射率との関係を測定したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すように、本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、微粒子１５ｃ）などから構成されており、電圧印加装置２０に接続されている。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
電圧印加装置２０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（一定電圧の直流電圧または脈流の直流電圧）または交流電圧を印加する。
【００１４】
各電極１３，１４間にはコロイド結晶溶液１５が充填されて挟持されている。
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。
分散媒１５ａ中には、コロイド粒子１５ｂよりも一次粒径が小さな微粒子１５ｃが添加・分散されている。
本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、微粒子１５ｃとしてカーボンブラック粒子または顔料粒子を用いている。
【００１５】
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。
【００１６】
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強く反射されて、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の規則的な配列構造は、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。
【００１７】
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（一定電圧の直流電圧または脈流の直流電圧）または交流電圧が各電極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。
【００１８】
このとき、各電極１３，１４間に印加する脈流の直流電圧を、例えば０〜１０（V）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間に逆極性の脈流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間に印加する脈流の直流電圧の電圧値および極性を制御することで、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。
【００１９】
図２は、各電極１３，１４間に脈流の直流電圧を印加する時間と、コロイド結晶溶液１５の構造色の波長のピーク値（ピーク波長）との関係を測定したグラフである。
コロイド粒子１５ｂとして用いたシリカナノ粒子の一次粒径は１７５（nm）で、コロイド粒子１５ｂの濃度は４２（wt％）、微粒子１５ｃの濃度は０．０５（wt％）である。
【００２０】
微粒子１５ｃにはカーボンブラック粒子または顔料粒子を用い、カーボンブラック粒子として三菱化学株式会社の製品名「MA100R」と「MA600」を用い、顔料粒子としてクラリアント（CLARIANT）社の製品名「PVPAST BLUE A4R」を用いた。
各電極１３，１４間に印加する脈流の直流電圧は、正極性の電圧範囲（プラス側電圧範囲）が０〜４（V）で電圧波形が間欠的なパルス状の矩形波であり、矩形波の周波数は１００（Hz）、矩形波のデューティ比は５０（％）である。
そして、図２の横軸に示す約５（sec）で電圧印加を開始し、約２５（sec）で電圧印加を停止した。
【００２１】
図２に示すように、微粒子１５ｃを添加した場合には、添加無しの場合に比べて、電圧印加の開始と略同時にピーク波長が大きく減少し、電圧印加の停止と略同時にピーク波長が増大する。
特に、カーボンブラック粒子の「MA100R」では、電圧印加の開始と略同時に急激にピーク波長が減少した後に略一定値に保持されるため、微粒子１５ｃとして好適である。
顔料粒子では、電圧印加の開始と略同時にピーク波長が減少するものの、その減少度合はカーボンブラック粒子に比べて緩やかであり、ピーク波長がだらだらと減少を続けて一定値に保持されないため、カーボンブラック粒子ほど微粒子１５ｃとして好適ではない。
【００２２】
図３は、コロイド結晶溶液１５のピーク波長の変化量と、アルミニウムに対する表示装置１０の表示面（表示基板１１の表面）の反射率との関係を測定したグラフである。
図３に示すグラフを測定するための実験条件は、図２と同じである。尚、微粒子１５ｃとして用いたカーボンブラック粒子は「MA100R」である。
図３に示すように、微粒子１５ｃとしてカーボンブラック粒子を添加した場合には、添加無しの場合に比べて、ピーク波長の変化量が増大する。
【００２３】
本発明者らは、前記のように各電極１３，１４間に脈流の直流電圧を印加した場合だけでなく、各電極１３，１４間に一定電圧の直流電圧や交流電圧を印加した場合であっても、図２および図３に示すのと同様の測定結果が得られることを実験的に確認した。
【００２４】
以上のように、本実施形態の表示装置１０では、分散媒１５ａ中にコロイド粒子１５ｂよりも一次粒径が小さな微粒子１５ｃを添加して分散させることにより、コロイド結晶溶液１５の構造色の波長のピーク値（ピーク波長）とその変化量とを共に増大させること可能になり、コロイド結晶溶液１５の構造色を多色に変化させることができるという優れた効果が得られる。
この効果を確実に得るには、微粒子１５ｃを分散媒１５ａ中に均等に分散させる必要があり、そのためには適宜な分散機（例えば、超音波分散機、ジェットミル分散機など）を用いればよい。
【００２５】
前記効果は以下の作用によるものであると考えられる。
［１］微粒子１５ｃにより、分散媒１５ａ中におけるコロイド粒子１５ｂの凝集が抑制されるため。
［２］微粒子１５ｃにより、コロイド結晶溶液１５の粘度（構造粘性）が低下し、コロイド粒子１５ｂの電気泳動による移動の距離（泳動距離）が増大するため。
【００２６】
ここで、「MA100R」の一次粒子径は２４（nm）で窒素吸着比表面積は１１０（ｍ２/g）でｐＨ値は３．５であり、「MA600」の一次粒子径は２０（nm）で窒素吸着比表面積は１４０（ｍ２/g）でｐＨ値は７である。
そのため、一次粒子径の範囲が２０〜２４（nm）、窒素吸着比表面積の範囲が１１０〜１４０（ｍ２/g）、ｐＨ値の範囲が３．５〜７の粒子であれば、微粒子１５ｃとして使用可能なことがわかる。
【００２７】
微粒子１５ｃの添加量については、図２および図３に示すように０．０５（wt％）で前記効果が得られるが、その最適値については実験的に設定すればよい。
尚、微粒子１５ｃとしてカーボンブラック粒子または顔料粒子を用いる場合には、添加量が過剰になると、コロイド結晶構造が壊れて構造色が得られ難くなる上に、コロイド結晶溶液１５が黒色または顔料色に着色されて構造色の色変化が識別し難くなる。
そして、微粒子１５ｃの添加量を最適化すれば、コロイド結晶溶液１５を黒色に着色することで表示装置１０の表示色のコントラストを向上させることや、コロイド結晶溶液１５を顔料色に着色することで構造色では得ることが困難な表示色を実現することができる。
【００２８】
＜別の実施形態＞
本発明は前記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。
【００２９】
［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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明は、前記各局面および前記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】
【００３５】
１０…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
１５ｃ…微粒子
２０…電圧印加装置
【図１】
2014071173.tif 000003
【図２】
2014071173.tif 000004
【図３】
2014071173.tif 000005