(57)【要約】【課題】  液体移動装置において、液体をスムーズに移動させ、液体を移動させるための消費電力を低減する。【解決手段】  第１、第２の液体２３、２４は、誘電率が互いに異なり、且つ、互いに混ざり合わないものからなっている。そして、第１〜第３の電極板４、６、１２に第１の条件で電圧が印加されると、水などからなる第１の液体２３は第１の液体移動用孔１５を介して表面側空間２１内から裏面側空間２２内に移動し、これに伴い、シリコーンオイルなどからなる第２の液体２４は第２の液体移動用孔１６を介して裏面側空間２２内から表面側空間２１内に移動する。一方、第１〜第３の電極板４、６、１２に第２の条件で電圧が印加されると、第１の液体２３は第１の液体移動用孔１５を介して表面側空間２１内に移動し、これに伴い、第２の液体２４は第２の液体移動用孔１６を介して裏面側空間２２内に移動する。この場合、両空間２１、２３内および両液体移動孔１５、１６内は両液体２３、２４で満たされているため、両液体はスムーズに移動する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体移動路内に、第１の液体および該第１の液体と混ざり合わない少なくとも１種類以上の第２の液体を充填し、前記液体移動路の内壁面を前記第１の液体または前記第２の液体により濡らすことで、前記第１の液体の前記液体移動路の内壁面に対する接触角履歴現象に起因する付着力が生じないようにした状態で、液体移動手段により、前記液体移動路内で少なくとも前記第１の液体を移動させることを特徴とする液体移動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体移動装置において、前記液体移動路は、画素単位に区切られた空間を形成する空間形成体の空間からなり、前記液体移動手段は、前記空間形成体内に選択的に電界を形成する電界形成手段からなり、前記第２の液体は誘電率が前記第１の液体とは異なるものからなり、前記電界形成手段により形成される電界による力の作用にしたがって少なくとも前記第１の液体を移動させることを特徴とする液体移動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液体移動装置において、前記電界形成手段により形成される電界による力の作用にしたがって前記第１および第２の液体を移動させることを特徴とする液体移動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体移動装置において、前記空間形成体は表面側基板および裏面側基板を有し、前記空間形成体内の１画素に対応する空間は、前記両基板間に設けられた、液体移動用孔を有する中間層形成体によって２つに区切られた表面側空間と裏面側空間とからなることを特徴とする液体移動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体移動装置において、前記電界形成手段により形成される電界による力の作用にしたがって、前記液体移動用孔を介して前記第１の液体を前記表面側空間と前記裏面側空間とのうちの一方の空間から他方の空間にまたは他方の空間から一方の空間に移動させ、且つ、前記液体移動用孔を介して前記第２の液体を他方の空間から一方の空間にまたは一方の空間から他方の空間に移動させることを特徴とする液体移動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液体移動装置において、前記第１および第２の液体のうちの少なくとも一方の液体に、前記第１および第２の液体のうちの他方の液体には不溶又は難溶の性質を有する色材が溶かされていることを特徴とする液体移動装置。
【請求項７】
請求項５に記載の液体移動装置において、前記第１の液体または前記第２の液体中に気体が前記液体移動路の内壁面に触れない状態で一部含まれていることを特徴とする液体移動装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液体移動装置において、前記液体移動路は微小流路からなり、前記液体移動手段は、前記微小流路内に選択的に電界を形成する電界形成手段からなり、前記第２の液体は誘電率が前記第１の液体とは異なるものからなり、前記電界形成手段により形成される電界による力の作用にしたがって前記第１の液体を移動させることを特徴とする液体移動装置。
【請求項９】
請求項１に記載の液体移動装置において、前記液体移動路は微小流路からなり、前記液体移動手段は、前記微小流路内に選択的に磁界を形成する磁界形成手段からなり、前記第２の液体は透磁率が前記第１の液体とは異なるものからなり、前記磁界形成手段により形成される磁界による力の作用にしたがって前記第１の液体を移動させることを特徴とする液体移動装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の液体移動装置において、前記第２の液体は前記微小流路の内壁面に濡れ性により付着され、その中を前記第１の液体が移動することを特徴とする液体移動装置。
【請求項１１】
請求項８または９に記載の液体移動装置において、前記第２の液体は前記微小流路内に充満され、その中を前記第１の液体が移動することを特徴とする液体移動装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液体移動装置において、前記第１の液体および前記第２の液体は互いに異なり、且つ水、アルコール、シリコーンオイル、およびフッ素系不活性液体のいずれかから選択された液体を含むことを特徴とする液体移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は液体移動装置に関し、例えば、液体を電極間で移動させて表示を行なう表示装置などの液体移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液体を電極間で移動させて表示を行なう従来の表示装置には、１画素を構成する容器内に着色液体（誘電体）および気泡を封入し、容器の一方側の外面に互いに対向して設けられた一対の第１の電極に電圧が印加されると、静電力により、着色液体を容器内の一方側に移動させるとともに、気泡を容器内の他方側に移動させ、容器の他方側の外面に互いに対向して設けられた一対の第２の電極に電圧が印加されると、静電力により、着色液体を容器内の他方側に移動させるとともに、気泡を容器内の一方側に移動させ、容器の一方側のみを視認可能な画素とすることにより、表示を行なうようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、液体と固体表面（容器内壁面）間の現象は、簡単には液体の固体表面への濡れの程度を表すいわゆる「静的な濡れ」の理論から説明される。すなわち、濡れ性つまり親水性、撥水性の程度を表す接触角に関して、図１１に示すように、固体の表面エネルギーをγS、固体と液体間の界面エネルギーをγLS、液体の表面エネルギーをγL、接触角をθとすると、次のヤングの式（１）が成り立つ。
γS＝γLS＋γLcosθ……（１）
液滴の濡れ（乾き）はこの式が満たされる状態でバランスして、定常状態に達するとされる。
【０００４】
しかしながら、液体を理想的でない固体表面（容器内壁面）上で移動させる場合には、上記「静的な濡れ」の理論だけでは説明できない付着力（摩擦力）が発生し、動きにくい現象があることを考慮しなければならない（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
理想的でない固体表面Ｓでは、図１１の固体表面Ｓ上の液滴Ｌに上部からさらに液を追加していくと、液滴Ｌが膨らんでいくが、接触線（固体、気体、液体の三重線）はすぐには動きださずに、接触角θがヤングの式で与えられるものより大きくなり、接触角θがある角度（前進角θA）以上になって、ようやく接触線が移動し始める。一方、固体表面Ｓ上の液滴Ｌの上部から液を吸い出していくと、液滴Ｌがしぼんでいくが、接触線はすぐには動きださずに、接触角θがヤングの式で与えられるものより小さくなり、接触角θがある角度（後退角θR）以下になって、ようやく接触線が移動し始める。
このように、実際の表面で観測される接触角は、どのようにして系が用意されたかによっている。このような現象を接触角履歴（ヒステリシス）と呼ぶ。
【０００６】
この結果、図１２に示すように、例えば、固体表面Ｓを傾斜させていった場合には、ある角度（転落角）までは動き出さないという現象が観測される。少しの傾斜では、液滴Ｌの固体表面Ｓに対する付着力（摩擦力）が重力に打ち勝ち、液滴Ｌは移動せず、転落角以上に傾斜させると、重力が上記付着力（摩擦力）に打ち勝ち、液滴Ｌが移動し始める。
【０００７】
また、図１３に示すような垂直な毛管に留まる液体柱のモデルでは、
２γL（cosθ1−cosθ2）／Ｒ＝ρｇＨ……（２）
が成り立つ。ここで、ρは液体の密度、ｇは重力加速度、Ｒは管の半径、Ｈは液柱の高さである。
釣り合いが実現するためには、上側の接触線は後退しないように耐える必要があるので、
θ1＞θR（cosθ1＜cosθR）が成立する。同様に、下側の接触線は前進しないように耐える必要があるので、θ2＜θA（cosθ2＞cosθA）が成立する。つまり、
２γL（cosθR−cosθA）／Ｒ＞ρｇＨ……（３）
の場合に、釣り合いが実現し、液体は重力によっても落ちていかない。もし、履歴がない場合つまり、前進角と後退角が等しい場合には釣り合いは起こりえない。（理想的な「良い」界面では前進角と後退角の角度差は小さい（〜＜５度）。また、凸凹した面や汚い面では、この差は大きくなりえる（５０度程度）。
【０００８】
したがって、実際の固体表面Ｓ上で液体を移動させようとする場合、外力をある程度以上加えなければ、液体を上記付着力（摩擦力）に打ち勝って移動させることができない。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２５４９６２号公報
【非特許文献１】ドゥジェンヌ，ブロシャール−ヴィアール，ケレ著、奥村  剛  訳    「表面張力の物理学」吉岡書店、２００３年９月発行、ｐ．６７〜６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来の表示装置では、容器の一方側の表面側とは反対側を白色で不透明とし、容器内の一方側に気泡があるとき、白色表示とし、容器内の一方側に着色液体があるとき、着色液体の色自体による色表示としているので、着色液体を容器内の一方側から他方側にまたはその逆方向にその容器内壁面に対し、固体−気体−液体の接触角履歴現象に起因する付着力（摩擦力）に抗して移動させなければならず、着色液体を移動させるのに必要とされる力が大きくなり、消費電力が大きくなってしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、液体を移動させるのに必要とされる力を少なくして、消費電力を低減することができる液体移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、上記目的を達成するため、液体移動路内に、第１の液体および該第１の液体と混ざり合わない少なくとも１種類以上の第２の液体を充填し、前記液体移動路の内壁面を前記第１の液体または前記第２の液体により濡らすことで、前記第１の液体の前記液体移動路の内壁面に対する接触角履歴現象に起因する付着力が生じないようにした状態で、液体移動手段により、前記液体移動路内で少なくとも前記第１の液体を移動させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、液体移動路内に、第１の液体および該第１の液体と混ざり合わない第２の液体を充填し、前記液体移動路の内壁面を前記第１の液体または第２の液体により、第１の液体の液体移動路の内壁面に対する接触角履歴現象に起因する付着力（摩擦力）が生じないようにしているので、第１の液体を移動させるのに必要とされる力は比較的小さくてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての表示装置の１画素部分の白色表示状態を示す断面図である。この表示装置は、画素単位に区切られた空間を形成する空間形成体１、空間形成体１内の１画素に対応する空間を２つの空間２１、２２に区切る中間層形成体１１、２つの空間２１、２２のうちのいずれか一方の空間内に設けられた第１の液体２３、他方の空間内に設けられた第２の液体２４などを備えている。
【００１５】
空間形成体１は、ガラスや樹脂などの無色透明な材料からなる表面側透明板（基板）２および裏面側（透明）板（基板）３を備えている。表面側透明板２の内面にはＩＴＯなどからなる第１の電極板４が設けられ、その内面には酸化シリコンなどからなる絶縁膜５が設けられている。裏面側（透明）板３の内面にはＩＴＯなどからなる第２の電極板６が設けられ、その内面には酸化シリコンなどからなる絶縁膜７が設けられている。
【００１６】
中間層形成体１１は、銅箔などからなる第３の電極板１２の表裏両面に表面側絶縁膜１３および裏面側絶縁膜１４が設けられ、それらの左右両側に第１、第２の液体移動用孔１５、１６が設けられた構造となっている。この場合、表面側絶縁膜１３は、白色の樹脂によって形成されている。裏面側絶縁膜１４は、同様の樹脂によって形成してもよい。第１、第２の液体移動用孔１５、１６の形状は、円形状、正方形状、長方形状などのいずれであってもよい。
【００１７】
そして、表面側透明板２下の絶縁膜５と裏面側（透明）板３上の絶縁膜７とは、その間の周囲に配置されたエポキシ系樹脂などからなる方形枠状の側壁１７（表面側側壁１７ａ、裏面側側壁１７ｂ）を介して、互いに貼り合わされている。この状態では、第１〜第３の電極板４、６、１２は、互いに平行となるように配置されている。また、第１、第２の電極板４、６は、第１の液体移動用孔１５の上下の部分に対応する領域には設けられているが、第２の液体移動用孔１６の上下の部分に対応する領域には設けられていない。
【００１８】
そして、空間形成体１は、主として、表面側透明板２下の絶縁膜５、裏面側（透明）板３上の絶縁膜７および側壁１７（表面側側壁１７ａ、裏面側側壁１７ｂ）によって囲まれた空間によって画素単位に区切られた空間を形成する構造となっており、この空間形成体１の１画素に対応する空間は、両透明板２、３間に設けられた、第１、第２の液体移動用孔１５、１６を有する中間層形成体１１によって２つの空間２１、２２に区切られている。
【００１９】
すなわち、表面側透明板２下の絶縁膜５、中間層形成体１１上の表面側絶縁膜１３および表面側側壁１７ａによって囲まれた空間によって表面側空間２１が形成され、裏面側（透明）板３上の絶縁膜７、中間層形成体１１下の裏面側絶縁膜１４および裏面側側壁１７ｂによって囲まれた空間によって裏面側空間２２が形成され、両空間２１、２２は第１、第２の液体移動用孔１５、１６を介して連通されている。
【００２０】
この場合、表面側空間２１の容積と裏面側空間２２の容積とはほぼ同じとなっている。そして、後述するように、図１に示す白色表示状態では、裏面側空間２２内および第１、第２の液体移動用孔１５、１６内に着色した液状誘電体からなる第１の液体２３が満たされ、表面側空間２１内に無色透明な液状誘電体からなる第２の液体２４が満たされている。ここで、両空間２１、２２および両液体移動用孔１５、１６は、両液体２３、２４が移動する液体移動路を構成している。
【００２１】
第１、第２の液体２３、２４は互いに混ざり合わないものからなっている。また、第２の液体２４は、後述する電界による力の差がでるように、誘電率が第１の液体よりも低くいものからなっている。
【００２２】
例えば、第１の液体２３として水（比誘電率約７８（２５℃））を用い、第２の液体２４としてシリコーンオイル（比誘電率２〜３程度）を用いるようにしてもよい。また、第１の気体２３としてエタノール（比誘電率約２５）を用い、第２の液体２４としてフロリナート（米国３Ｍ社製、比誘電率１．７〜２．０程度）などからなるフッ素系不活性液体を用いるようにしてもよい。後述するように、電界による力としては、第２の液体に相当する部分が空気（または真空）（比誘電率１）の場合とほぼ同様に働くことになる。なお、シリコーンオイルの表面張力は１６〜２２ｍＮ／ｍであり、水の表面張力約７３ｍＮ／ｍ（２０℃）より低く、フロリナートの表面張力も９〜１８ｍＮ／ｍであり、エタノールの表面張力約２２ｍＮ／ｍ（２０℃）より低い。つまり、上記の組み合わせの場合、後述のように、電界による力の影響を考えなければ、両空間２１、２２および両液体移動用孔１５、１６の内壁面（つまり、上記液体移動路の内壁面）には表面張力のより低い第２の液体２４が側壁１０の内壁面に付着し安定となる。
【００２３】
また、第１の液体２３を着色するための色材は、第２の液体２４に溶けず、第１の液体２３のみに溶けるものであり、水性顔料インキや水性染料インキである。第１、第２の液体２３、２４として水およびシリコーンオイルを用いる場合には、例えば、水に水性顔料インキを溶かす。第１、第２の液体２３、２４としてエタノールおよびフロリナートを用いる場合には、例えば、エタノールに水性染料インキ（例えばフルオレセインナトリウム）を溶かす。この第１実施形態では、第１、第２の液体２３、２４として水およびシリコーンオイルを用い、水に例えば黒色の水性顔料インキを溶かした場合について述べる。
【００２４】
次に、この表示装置における電界による力での動作について説明する。誘電体である第１の液体２３、第２の液体２４は、電界がかかると分極する。分極した液体にかかっている電界が一様でない（空間的に変化している）ところでは、液体はその分極の向きと電界成分の偏微分との関係に応じて電界から力を受ける。液体の各部分が受ける力の大きさと向きは、液体の各部分の分極を双極子モーメントで近似し、各双極子モーメントの成分とそれぞれの双極子の位置での電界成分の偏微分とから考察することができる。
【００２５】
双極子が受ける力Ｆは、双極子モーメントをＰ、電界をＥとしたとき、次の式（４）から求められる。ただし、Ｐ、Ｅ、Ｆはベクトル、▽はナブラである。
Ｆ＝（Ｐ・▽）Ｅ……（４）
【００２６】
この双極子が受ける力Ｆは、電界強度の２乗の勾配の大きいところで大きくなる。このため、空間１２内に適切な電界（電位の変化）を作り出すことで、液体を移動させる動力が得られる。この場合、誘電率の大きい第１の液体２３が誘電率の小さい第２の液体２４より大きく分極するので、第１の液体２３に働く力が大きくなる。（これは後述するように系のエネルギーからも考察できる。）
【００２７】
つまり、図１に示す状態において、第２の電極板６と第３の電極板１２に０Ｖの電圧を印加し、第１の電極板４に例えば１０Ｖの正電圧が印加されると（第１の条件）、電界による力が発生する。この力は、第１、第２の液体２３、２４の両者に働くが、差分として、そのうちの誘電率の高い方の第１の液体２３に加わると考えてよい。また、この力は、第１、第２の電極板４、６と対向する領域に設けられた第１の液体移動用孔１５内の第１の液体２３に上向きの強い力として加わり、第１、第２の電極板４、６と対向しない領域に設けられた第２の液体移動用孔１６内の第１の液体２３に上向きの弱い力として加わる。液体移動用孔１５付近の電界が液体移動用孔１６付近の電界より大きいからである。つまり、液体移動用孔１５と液体移動用孔１６付近の電極形状配置を図１のようにすることにより、差し引きの力で液体が循環するような構造としている。
【００２８】
これにより、結果的に液体に対して時計回りの向きの力が発生する。裏面側空間２２内および第２の液体移動用孔１６内にある第１の液体２３は第１の液体移動用孔１５を介して表面側空間２１内に移動し、図２に示すように、表面側空間２１内および第１、第２の液体移動用孔１５、１６内に第１の液体２３が満たされ、これに伴い、表面側空間２１内にある第２の液体２４は第２の液体移動用孔１６を介して裏面側空間２２内に移動し、裏面側空間２２内に第２の液体２４が満たされた状態で安定する。
【００２９】
これは次のように、仮想仕事の原理より、系の電界のエネルギーを考察することからも説明することができる。
仮想仕事ΔＷ＋電界のエネルギーの変化量ΔＵE＝電源からのエネルギーの補給
……（５）
で、電界のエネルギーＵEは、電界シミュレーションにより求まる電位分布より、
ＵE＝∫Ｅ・ＤｄＶ／２＝∫εＥ2ｄＶ／２＝∫Ｄ2ｄＶ／２ε……（６）
で計算できる。（ここで、Ｅは電界、Ｄは電束密度、εは誘電率である。）
電源により、電極の電位が一定の場合、電源からエネルギーの補給は仮想仕事による電界のエネルギーの増加の２倍となることに注意すると、
仮想仕事ΔＷ＝電場のエネルギーの変化量ΔＵE……（７）
の関係が成り立ち、電界のエネルギーが増大するように液体は移動しようとする。
第１の条件の電圧のもとで、図１の状態の電界のエネルギーと図２の状態の電界のエネルギーを電界シミュレーションにより比較すると、図２の状態の方が大きいことがわかる。つまり、電界の強い部分に誘電率の高い物質、ここでは第１の液体２３が埋まるような状態で安定となる。
【００３０】
一方、図２に示す状態において、第１の電極板４と第３の電極板１２に０Ｖの電圧を印加し、第２の電極板６に例えば１０Ｖの正電圧と１０Ｖの電圧が印加されると（第２の条件）、電界による力が発生するが、この場合も、この力は、第１、第２の液体２３、２４のうちの誘電率の高い方の第１の液体２３に主として、差分としての力が加わると考えてよい。また、この力は、第１、第２の電極板４、６と対向する領域に設けられた第１の液体移動用孔１５内の第１の液体２３に下向きの強い力として加わり、第１、第２の電極板４、６と対向しない領域に設けられた第２の液体移動用孔１６内の第１の液体２３に下向きの弱い力として加わる。
【００３１】
これにより、結果的に液体に対して反時計回り向きの力が発生する。表面側空間２１内および第２の液体移動用孔１６内にある第１の液体２３は第１の液体移動用孔１５を介して裏面側空間２２内に移動し、図１に示すように、裏面側空間２２内および第１、第２の液体移動用孔１５、１６内に第１の液体２３が満たされ、これに伴い、裏面側空間２２内にある第２の液体２４は第２の液体移動用孔１６を介して表面側空間２１内に移動し、表面側空間２１内に第２の液体２４が満たされる。（図１に第１の条件の電圧をかけた場合の現象と上下反転のものとなる。）
【００３２】
そして、図１に示す状態では、表面側空間２１内に無色透明な第２の液体２４があるため、中間層形成体１１の白色の表面側絶縁膜１３が画素表面側から目視され、白色表示となる。この場合、表面側側壁１７ａは白色の材料によって形成してもよい。一方、図２に示す状態では、表面側空間２１内に黒色に着色した第１の液体２３があるため、黒色表示となる。
【００３３】
ところで、この表示装置では、図１に示す状態において、裏面側空間２２内および第１、第２の液体移動用孔１５、１６内は第１の液体２３で満たされ、表面側空間２１内は第２の液体２４で満たされているので、両空間２１、２３および両液体移動用孔１５、１６の内壁面のすべてが両液体２３、２４によって濡らされた状態となっている。また、図２に示す状態においても、同様に、両空間２１、２３および両液体移動用孔１５、１６の内壁面のすべてが両液体２３、２４によって濡らされた状態となっている。
【００３４】
したがって、両液体２３、２４を図１に示す状態から図２に示す状態に両液体移動用孔１５、１６を介して時計回り方向に移動させるとき、またその逆回り方向に移動させるとき、両液体２３、２４は、両空間２１、２３および両液体移動用孔１５、１６の内壁面のすべてを濡らした状態を維持しながら移動する。この結果、両液体２３、２４により、両液体２３、２４の両空間２１、２３および両液体移動用孔１５、１６の内壁面に対し、固体−気体−液体の接触角履歴現象に起因する付着力（摩擦力）は発生せず、両液体２３、２４を移動させるのに必要とされる力は比較的小さくてよく、ひいては消費電力を低減することができる。
【００３５】
ここで、この表示装置の一部の寸法の一例について説明すると、全体としての平面形状つまり１画素を構成する部分の平面形状が正方形でその一辺の長さは５００μｍ程度であり、表面側透明板２の絶縁層５と中間層形成体１１の表面側絶縁膜１３との間隔および裏面側（透明）板３上の絶縁膜７と中間層形成体１１の裏面側絶縁膜１４との間隔は数十〜数μｍ程度と、薄型化することができる。
この程度のマイクロメートルオーダーの系の場合は体積力である重力の影響は小さくなり、表面力である上記表面エネルギーに関する力の影響が大きくなる。
【００３６】
ところで、図１および図２では、表示装置として、１画素の部分について記載しており、このような構成としてもよいが、実際には、複数の画素はマトリクス状に配置されている。この場合、側壁１７は、空間形成体１の空間を画素単位に区切るための隔壁となる。この例では、第３の電極板１２は、白色表示と黒色表示のいずれの場合も０Ｖの電圧が印加されるため、べた状の共通電極としてもよい。この場合、側壁１７は表面側側壁１７ａと裏面側側壁１７ｂとに分離された構成となる。
【００３７】
第１、第２の電極板４、６は、０Ｖの電圧と例えば１０Ｖの正電圧とが選択的に印加されるため、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置の画素電極のように、各画素に対応して島状に分離されている。そして、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子を用いて、第１、第２の電極板４、６に０Ｖの電圧と１０Ｖの正電圧を選択的に印加するようにしてもよい。また、電界による力は電界強度の２乗に比例するため、１０Ｖの正電圧の代わりに、−１０Ｖの負電圧を印加するようにしてもよい。
【００３８】
また、第１、第２の電極板４、６の大きさは、側壁１７によって囲まれた表示領域よりもやや広い面積として側壁１７に食い込むような面積としてもよく、また表示領域にぴったりと当て嵌まる面積としてもよく、さらに表示領域よりもやや狭い面積としてもよい。また、表示領域（画素）の平面形状は、正方形に限らず、長方形などの他の形状であってもよい。
【００３９】
なお、例えば、図２に示す黒色表示状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２への電圧の印加を停止した場合には、図３に示すように、第１の液体２３よりも第２の液体２４の表面張力が低い場合、濡れ性の高い第２の液体２４が表面側空間２１および第１、第２の液体移動用孔１５、１６の内壁面に極めて薄く付着する。そして、図３に示す状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２に例えば黒色表示状態とするための上記のような第１の条件の電圧を印加すると、電界による力が第２の液体２４の濡れ性に十分に打ち勝つ場合、図２に示すような黒色表示状態となる。実際は両者の力のバランスにより、図２と図３の間の状態になる。
【００４０】
ここで、図２に示す黒色表示状態において、仮に、表面側空間２１の内壁面のどこかに無色透明な第２の液体２４が極めて薄く付着して残存しても、黒色表示に何ら支障はない。また、図１に示す白色表示状態において、仮に、裏面側空間２２の内壁面のどこかに無色透明な第２の液体２４が極めて薄く付着して残存しても、白色表示に何ら支障はない。
【００４１】
なお、上記第１の実施形態では第１の液体と第２の液体の２種類の液体を用いる例で説明したが、３種類以上の液体を用いることも可能である。
【００４２】
（第２実施形態）
図４はこの発明の第２実施形態としての表示装置の１画素部分の白色表示状態を示す断面図である。この表示装置において、図１に示す表示装置と異なる点は、第２の液体２４に空気２５を含ませた点である。この場合、第２の条件で電圧のかけられた図４に示す白色表示状態では、空気２５の比誘電率（約１．０）は第１の液体２３の誘電率よりも低いので、電界強度の低い表面側空間２１に存在することになる。
【００４３】
この場合、液体として、表面張力が低く、壁面に対して完全な濡れ
γS＞γLS＋γL……（８）
が実現される特性を持つものを用いるのが望ましい。第１の液体２３よりも第２の液体２４の表面張力が低い場合、第２の液体２４がその濡れ性により表面側空間２１の内壁面全体に付着し、その中に空気２５が封入される状態となる。
【００４４】
この表示装置では、例えば、図４に示す白色表示状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２に黒色表示状態とするための上記のような第１の条件の電圧を印加すると、裏面側空間２２内および第２の液体移動用孔１６内にある第１の液体２３は第１の液体移動用孔１５を介して表面側空間２１内に移動し、図５に示すように、表面側空間２１内および第１、第２の液体移動用孔１５、１６内に第１の液体２３が満たされ、これに伴い、表面側空間２１内にある空気２５を含む第２の液体２４は第２の液体移動用孔１６を介して裏面側空間２２内に移動し、第２の液体２４がその濡れ性により裏面側空間２２の内壁面全体に付着し、その中に空気２５が封入される状態となる。
【００４５】
なお、例えば、図５に示す黒色表示状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２への電圧の印加を停止した場合には、図６に示すように、第１の液体２３よりも濡れ性の高い第２の液体２４が表面側空間２１および第１、第２の液体移動用孔１５、１６の内壁面に極めて薄く付着する。そして、図６に示す状態において、第１〜第３の電極板４、６、１２に例えば黒色表示状態とするための上記のような第１の条件の電圧を印加すると、電界による力が第２の液体２４の濡れ性に十分に打ち勝つ場合、図５に示す黒色表示状態となる。実際は両者の力のバランスにより、図５と図６の間の状態になる。
なお、この第２の実施形態において、第１の液体２３、第２の液体２４以外に空気２５を含ませたが、空気である必要はなく、例えば窒素などの不活性気体でもよい。
【００４６】
（第３実施形態）
図７はこの発明の第３実施形態としての表示装置の１画素部分の白色表示状態を示す断面図である。この表示装置において、図１に示す表示装置と異なる点は、第１の電極板を２つの第１の電極板４ａ、４ｂに分割し、且つ、第２の電極板も２つの第２の電極板６ａ、６ｂに分割した点である。
【００４７】
この表示装置では、図７に示す白色表示状態において、第３の電極板１２に０Ｖの電圧が印加された状態で、２つの第１の電極板４ａ、４ｂに例えば１０Ｖの正電圧が印加され、且つ、２つの第２の電極板６ａ、６ｂに０Ｖの電圧が印加されると、図８に示すように、誘電率の高い第１の液体２３が表面側空間２１に移動し、上記第１実施形態の場合と同様に、黒色表示状態となる。
【００４８】
一方、図８に示す黒色表示状態において、第３の電極板１２に０Ｖの電圧が印加された状態で、２つの第１の電極板４ａ、４ｂに０Ｖの電圧が印加され、且つ、２つの第２の電極板６ａ、６ｂに例えば１０Ｖの正電圧が印加されると、図７に示すように、誘電率の高い第１の液体２３が裏面側空間２２に移動し、上記第１実施形態の場合と同様に、白色表示状態となる。
【００４９】
ところで、この表示装置では、中間調の灰色表示を行うことができる。例えば、図７に示す白色表示状態から中間調の灰色表示状態とする場合には、第３の電極板１２に０Ｖの電圧が印加された状態で、左側の第１の電極板４ａ、左側の第２の電極板６ａに例えば１０Ｖの正電圧を印加し、且つ、右側の第１の電極板４ｂ、右側の第２の極板６ｂは電圧が印加されないオープン状態にする（第３の条件）。
【００５０】
すると、左半分の部分の電界強度が右半分の部分よりも大きくなるので、図９に示すように、裏面側空間２２内および第２の液体移動用孔１６内にある第１の液体２３の約半分は第１の液体移動用孔１５を介して表面側空間２１内の左半分（左側の第１の電極板４ａの下部に対応する部分）に移動し、両空間２１、２２内の左半分および第１の液体移動用孔１５内に第１の液体２３が満たされ、これに伴い、表面側空間２１内にある第２の液体２４の約半分は第２の液体移動用孔１６を介して裏面側空間２２内の右半分（右側の第２の電極板６ｂの上部に対応する部分）に移動し、両空間２１、２２内の右半分および第２の液体移動用孔１６内に第２の液体２４が満たされ、左側が黒色、右側が白色となり、中間調の灰色表示として認識される。
【００５１】
一方、図８に示す黒色表示状態から中間調の灰色表示状態とする場合にも、上記第３の条件で電圧を印加すればよい。
【００５２】
すると、同じく図９に示すように、左半分の部分の電界強度が右半分の部分よりも大きくなるので、表面側空間２１内および第２の液体移動用孔１６内にある第１の液体２３の約半分は第１の液体移動用孔１５を介して裏面側空間２２内の左半分（左側の第２の電極板６ａの上部に対応する部分）に移動し、両空間２１、２２内の左半分および第１の液体移動用孔１５内に第１の液体２３が満たされ、これに伴い、裏面側空間２２内にある第２の液体２４の約半分は第２の液体移動用孔１６を介して表面側空間２１内の右半分（右側の第１の電極板４ｂの下部に対応する部分）に移動し、両空間２１、２２内の右半分および第２の液体移動用孔１６内に第２の液体２４が満たされ、左側が黒色、右側が白色となり、中間調の灰色表示として認識される。（図７に第３の条件の電圧をかけた場合の現象と上下反転のものとなる。）
ここでは、左半分の部分の電界強度が右半分の部分よりも大きくなるように電圧を印加したが、逆に右半分の部分の電界強度が左半分の部分よりも大きくなるように電圧を印加し、右半分を黒色、左半分を白色となるようにしてもよい。
【００５３】
なお、例えば、図１に示す表示装置において、第１の液体２３の色は黒色以外の青色、赤色などであってもよい。また、例えば、図１に示す表示装置において、第１、第２の液体２３、２４の色を互いに異なる色としてもよく、例えば、第１の液体２３の色を青色とし、第２の液体２４の色を赤色としてもよい。この場合、第２の液体２４を着色するための色材は、水などからなる第１の液体２３に溶けず、シリコーンオイルなどからなる第２の液体２４のみに溶けるものであり、油性顔料インキや油性染料インキである。
【００５４】
また、例えば、図１に示す表示装置において、第１、第２の液体２３、２４の色を互いに異なる色とし、且つ、中間層形成体の表面側絶縁膜１２をさらに異なる色とし、表面側空間２１内の液層の厚さを表面側絶縁膜１２の色がある程度見えるように薄くし、第１、第２の液体２３、２４の各色と表面側絶縁膜１２の色との混色による２色表示としてもよい。
【００５５】
また、例えば、図１に示す表示装置において、第１、第２の液体移動用孔１５、１６を設ける位置は中間層形成体１１の左右両側でなく、そのやや内側としてもよく、また第１の液体移動用孔１５は複数であってもよく、また第２の液体移動用孔１６も複数であってもよい。第１、第２の液体移動用孔１５、１６を複数とする場合には、大きさや形状は同じであってもよく、異なっていてもよい。さらに、液体移動用孔１５と液体移動用孔１６は同一であってもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、各電極板４、６、１２に直流電圧をかける場合について説明したが、交流電圧をかけるようにしてもよい。例えば、第１の液体２３を表面側空間２１へ移動させる場合、第１の電極板４には第３の電極板１２と逆相で、第２の電極板６には第３の電極板１２と同相で、３つの電極板４、６、１２に対して１０Ｖと０Ｖを一定周期で切り換えてかけるようにしてもよい。なお、電極板の数は３つに限定されるものではなく、第１、第２の液体２３、２４を電界の強さの違いにより移動させるものであれば、それ以上の電極板数あるいはそれ以下の電極板数であってもよい。（液体移動用孔や電極の形状、配置を含めて、電界シミュレーションを行い、最適な設計を行えばよい。）
【００５７】
（第４実施形態）
図１０はこの発明の第４実施形態としての液体移動装置の要部の概略断面図である。この液体移動装置は、例えば、微小化学分析システム（μＴＡＳ）の一部を構成するものであり、微小流路３２を有する微小流路構成体３１を備えている。微小流路構成体３１の一方の所定の箇所には供給流路構成体３３の一端部が微小流路３２内にある程度突出するように設けられている。微小流路構成体３１の他方の所定の箇所には排出流路構成体３４の一端部が微小流路３２内にある程度突出するように設けられている。
【００５８】
微小流路構成体３１の外部には、互いに対向する一対で１組の電極板３５、３６が複数組微小流路３２に沿って等間隔に設けられている。この場合、供給流路構成体３３および排出流路構成体３４に対応する部分においては、一方の電極板３５のみを図示しているが、これは図示の都合上であり、互いに対向する一対の電極板３５、３６は供給流路構成体３３および排出流路構成体３４の各一端部両側に配置されている。排出流路構成体３４の外部には、互いに対向する一対の電極板３７、３８が設けられている。
【００５９】
そして、供給流路構成体３３内には液状誘電体からなる着目する第１の液体３９が充填されている。微小流路構成体３１の微小流路３２の内壁面全体には液状誘電体からなる補助の第２の液体４０がその濡れ性により付着し、その他に空気４１が封入されている。この場合、第１、第２の液体３９、４０は、基本的には、上記第２の実施形態の場合と同様であるが、着色する必要はない。
【００６０】
次に、この液体移動装置の動作について説明する。まず、供給流路構成体３３の一端部両側に配置された第１番目の一対の電極板３５、３６に例えば０Ｖの電圧と１０Ｖの正電圧が一定時間印加されると、供給流路構成体３３の一端部内にある誘電率の高い第１の液体３９が一定量だけ供給流路構成体３３の微小流路３２内の第２の液体４０内の第１番目の一対の電極板３５、３６に対応する位置に引き寄せられて移動する。
【００６１】
次に、第１番目の一対の電極板３５、３６に隣接する第２番目の一対の電極板３５、３６に例えば０Ｖの電圧と１０Ｖの正電圧が一定時間印加されると、第２の液体４０内において、第１番目の一対の電極板３５、３６に対応する位置にある第１の液体３９が、図１０において点線で示すように、第２番目の一対の電極板３５、３６に対応する位置に引き寄せられて移動する。
【００６２】
このようにして、当該第１の液体３９は、第２の液体４０内を間歇的に移動して、排出流路構成体３４の一端部両側に配置された第ｎ番目の一対の電極板３５、３６に対応する位置に移動する。次に、排出流路構成体３４の外部に設けられた一対の電極板３７、３８に例えば０Ｖの電圧と１０Ｖの正電圧が一定時間印加されると、第２の液体４０内の第ｎ番目の一対の電極板３５、３６に対応する位置にある第１の液体３９が、図１０において一点鎖線で示すように、排出流路構成体３４内の一対の電極板３７、３８に対応する位置に引き寄せられて移動する。
【００６３】
このように、この液体移動装置では、微小流路構成体３１の微小流路３２の内壁面全体にその濡れ性により付着した第２の液体４０内を第１の液体３９が移動し、第１の液体３９の微小流路３２の内壁面に対する固体−気体−液体の接触角履歴現象に起因する付着力（摩擦力）が発生せず、第１の液体３９を移動させるのに必要とされる力は比較的小さくてよく、ひいては消費電力を低減することができる。
ここでは、微小流路構成体３１の微小流路３２内に第２の液体４０が充満していない例で示したが、第１の実施形態のように、第２の液体４０を充満させ、その中で着目する第１の液体３９を移動させるようにしてもよい。
【００６４】
なお、一対の電極板３５、３６（一対の電極板３７、３８を含む）の代わりに、電磁石またはコイルを用い、磁界による力により第１の液体３９を移動させるようにしてもよい。この場合、第２の液体４０は透磁率が第１の液体３９よりも低いものからなっている。磁界を用いる場合、上記の電界のエネルギーが磁界のエネルギーに対応し、透磁率の高い第１の液体３９が磁界強度の強い部分に移動して安定となる。したがって、図１０と同様に、磁界による力により第１の液体３９を移動させることができる。
また、微小流路構成体３１の微小流路３２内に第２の液体４０を充満させ、その中で第１の液体３９を移動させるようにしてもよい。
【００６５】
さらに、ここでは、液体移動手段として、電界または磁界による力を利用する例を示したが、空気圧等の他の力を利用して移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の第１実施形態としての表示装置の１画素部分の白色表示状態を示    す断面図。
【図２】図１に示す表示装置の黒色表示状態を示す断面図。
【図３】図２に示す黒色表示状態から電界をかけない状態とした場合を説明するため    に示す断面図。
【図４】この発明の第２実施形態としての表示装置の１画素部分の白色表示状態を示    断面図。
【図５】図４に示す表示装置の黒色表示状態を示す断面図。
【図６】図５に示す黒色表示状態から電界をかけない状態とした場合を説明するため    に示す断面図。
【図７】この発明の第３実施形態としての表示装置の１画素部分の白色表示状態を示    す断面図。
【図８】図７に示す表示装置の黒色表示状態を示す断面図。
【図９】図７に示す表示装置の中間調の灰色表示状態を示す断面図。
【図１０】この発明の第４実施形態としての液体移動装置の要部の概略断面図。
【図１１】固体表面上の液滴の接触角を説明するための断面図。
【図１２】傾斜させた固体表面上の液滴の現象を説明するための断面図。
【図１３】垂直な毛管に留まる液体柱の現象を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１  空間形成体
２  表面側透明板
３  裏面側（透明）板
４  第１の電極板
４ａ  左側の第１の電極板
４ｂ  右側の第１の電極板
５  絶縁膜
６  第２の電極板
６ａ  左側の第２の電極板
６ｂ  右側の第２の電極板
７  絶縁膜
１１  中間層形成体
１２  第３の電極板
１３  表面側絶縁膜
１４  裏面側絶縁膜
１５  第１の液体移動用孔
１６  第２の液体移動用孔
１７  側壁
１７ａ  表面側側壁
１７ｂ  裏面側側壁
２１  表面側空間
２２  裏面側空間
２３  第１の液体
２４  第２の液体
２５  空気
３１  微小流路構成体
３２  微小流路
３３  供給流路構成体
３４  排出流路構成体
３５〜３８  一対の電極板
３９  第１の液体
４０  第２の液体
４１  空気
【図１】
2006194934.tif 000003
【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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