(57)【要約】【課題】着色された液体を電極間で移動させて表示を行う表示装置で、効果的に着色液体を移動させる表示装置を提供する。【解決手段】中間隔壁１３の移動ホール１５を介して上下分離した上層空間１４ａと下層空間１４ｂのそれぞれにおける着色液体１８の表面張力や静止力として働く付着力などにより、通常の重力や振動などによる外力が加わった場合でも、着色液体１８が他の層の空間へ勝手に移動してしまうのを阻止でき、表示状態を変更させるときには、電場による力とそれ以外の力を補助的に発生させる手段を備えているので、表示状態の変更が容易で、低消費電力で高コントラストな表示装置を実現できる。【選択図】  図６
2006065144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素単位に区切られた構造体と、
移動用の穴が設けられ、前記構造体内の空間を２つに区切る隔壁と、
前記構造体内に設けられ、電場による力の作用にしたがって移動する液体と、
前記２つの空間に選択的に電場を形成する電場形成手段と、
電場による力と異なる力によって前記２つの空間のうち一方にある液体の一部を前記移動穴から他方の空間に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記液体を熱膨張させる発熱体であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記移動手段は、自己の容積を変化する自己容積変化手段であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
前記自己容積変化手段は、前記液体を熱膨張させる発熱体を有することを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記自己容積変化手段は、磁場を形成することによって自己の容積を変化する機構を有することを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項６】
画素単位に区切られた構造体と、
移動用の穴が設けられ、前記構造体内の空間を２つに区切る隔壁と、
前記構造体内に設けられ、電場による力の作用にしたがって移動する液体と、
前記２つの空間に選択的に電場を形成する電場形成手段と、
を備え、
前記液体は前記２つの空間のうち一方の空間を満たし、かつ他方の空間の一部にはみ出ていることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
電場形成手段によって、液体を移動させて、表示状態を変更させる表示装置の駆動方法において、
電場による力とは異なる力を前記液体に加えて、前記液体の一部を移動させる補助作用力移動工程と、
前記電場形成手段が発生する電場による力を前記液体に加えて前記液体を移動させる電場作用力移動工程と
を備えることを特徴とする表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着色された液体を電極間で移動させて表示を行う表示装置及びその駆動装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低消費電力で表示動作する表示装置としては、液晶表示装置以外でも様々な表示装置が研究されているが、近年では、着色された誘電体の液体を電極間で挟み移動させ、着色の有無を視認させることで表示を行う表示装置が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
この表示装置は、複数の容器内の一部に着色液体を充填して容器内に気泡を形成し、着色液体を静電力による駆動手段で移動させることに伴い気泡の位置も移動させ、これを視認可能な容器の表示部を画素として用いるものである。
【特許文献１】特開平０８−２５４９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の着色液体を静電力によって移動させるようにした表示装置では、電極間に挟まれた着色液体と気泡は、その電極間の同一の空間内において隣り合わせた位置となり、例えば空間内の一方に寄った電極により静電力を掛けると、着色液体が空間内の一方の側に寄って移動位置するのに伴い、これに入れ替わるように気泡が空間内の他方の側に寄って移動位置するものであるため、この着色液体と気泡の位置をある方向へ移動位置させた表示状態のまま維持するには、そのときの静電力を維持するための電圧を掛けっぱなしにする必要がある。
【０００４】
このように、表示状態を維持するために電圧を掛けっぱなしにする必要があるものでは液晶表示装置と同様であり、より低消費電力化した表示装置とすることが出来ない問題がある。
また電圧を掛けっぱなしにしなくても表示を保持できる構造であっても、静止している着色液体を初期移動させるのには、大きな電場を要する場合がある。また大きな電場はノイズとなって周囲の画素にまで悪影響を及ぼす可能性がある。
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、効果的に着色液体を移動させる表示装置及びその駆動方法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】
【０００５】
本発明の請求項１に係る表示装置は、
画素単位に区切られた構造体と、
移動用の穴が設けられ、前記構造体内の空間を２つに区切る隔壁と、
前記構造体内に設けられ、電場による力の作用にしたがって移動する液体と、
前記２つの空間に選択的に電場を形成する電場形成手段と、
電場による力と異なる力によって前記２つの空間のうち一方にある液体の一部を移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
移動手段が、電場による力と異なる力によって液体の移動を補助することができるので、比較的小さな電場でも２つの空間の一方から他方へ液体を移動することができ、画素内に大きな電場を形成しなくてもよい。
【０００７】
本発明の請求項２に係る表示装置では、前記請求項１に係る表示装置にあって、前記移動手段は、前記液体を熱膨張させる発熱体であることを特徴とする。
請求項２にかかる発明によれば、発熱体が液体を熱膨張させるので、電場形成手段の電場による力が十分及ぶ領域まで容易に液体を移動させることができる。
【０００８】
本発明の請求項３に係る表示装置では、前記請求項１に係る表示装置にあって、
前記移動手段は、自己の容積を変化する自己容積変化手段であることを特徴とする。
前記自己容積変化手段は、前記液体を熱膨張させる発熱体を有してもよいし、磁場を形成することによって自己の容積を変化する機構を有してもよい。
【０００９】
本発明の請求項３に係る発明によれば、自己容積変化手段が自己の容積を変化することによって、２つの空間の一方から電場形成手段の電場による力が十分に及ぶ領域まで液体を押し出したり、吸引したりすることができる。
【００１０】
本発明の請求項６に係る表示装置では、画素単位に区切られた構造体と、移動用の穴が設けられ、前記構造体内の空間を２つに区切る隔壁と、前記構造体内に設けられ、電場による力の作用にしたがって移動する液体と前記２つの空間に選択的に電場を形成する電場形成手段を備え、前記液体は前記２つの空間のうち一方の空間を満たし、かつ他方の空間の一部にはみ出ていることを特徴とする。
そのため、前記電場による力を効率よく前記液体に働かせることができるようになる。
【００１１】
本発明の請求項７に係る表示装置の表示方法では、電場形成手段によって、液体を移動させて、表示状態を変更させる表示装置の駆動方法において、電場による力とは異なる力を前記液体に加えて、前記液体の一部を移動させる補助作用力移動工程と、前記電場形成手段が発生する電場による力を前記液体に加えて前記液体を移動させる電場作用力移動工程を備えることを特徴とする。
補助作用力移動工程を電場作用力移動工程の近傍に設定することで、表示変更の初期の段階でそれ程大きな電場を形成しなくても液体を移動させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表示装置及び表示装置の駆動方法によれば、比較的小さい電場でも効果的に着色液体を移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面により本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電場による力を説明するための表示装置の１画素対応の構成を示す断面図である。
図２は、前記第１実施形態に係る表示装置の電場による力での表示動作を説明するための断面図であり、後述する移動ホール１５が形成された中間隔壁１３の上面の色が例えば白色であって、中間隔壁１３によって上下に仕切られた上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂのいずれかに配置されている液体の色が黒色の場合、同図（Ａ）は白色表示状態を示す断面図、同図（Ｂ）は黒色表示状態を示す断面図である。
【００１４】
この表示装置は、１画素につき１辺の長さがｗの正方形の第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂを備え、この第１電極板１１ａと第２電極板１１ｂとは、この表示画素の周囲を正方形に囲む高さ２ｄ＋ｄｍの垂直隔壁（誘電体）１２に対応した空間を介して当該画素の表面側と裏面側とに平行にして対向配置されている。垂直隔壁１２は当該画素で生じた電場が隣接する画素に影響を及ぼさないような絶縁構造となっている。
この第１電極板１１ａと第２電極板１１ｂとによる対向空間の中央部分には、一辺の長さが当該各電極板１１ａ，１１ｂと略同一の正方形の第３電極板１１ｃが平行配置されると共に、この第３電極板１１ｃを間に挟み込んだ１辺の長さｗの正方形で高さｄｍの中間隔壁（誘電体）１３が平行配置され、中間隔壁１３の上下にそれぞれ高さｄの上層空間１４ａと下層空間１４ｂが形成されている。
第３電極板１１ｃおよび中間隔壁１３の中心位置には、一辺の長さｈｗ（＜＜ｗ）の正方形の移動ホール１５が設けられ、上層空間１４ａと下層空間１４ｂとが一部連通される。
前記第１電極板１１ａは透明電極であり、この第１電極板１１ａは画素表面を構成するガラス等の透明板１６により被覆されている。また中間隔壁１３の壁面および垂直隔壁１２の壁面は、何れも白色に着色されている。第２電極板１１ｂは画素裏面を構成する底面隔壁１７により被覆されている。
このように、画素は底面隔壁１７、垂直隔壁１２、透明板１６、中間隔壁１３からなる構造体により囲まれている。
【００１５】
そして、上層空間１４ａおよび下層空間１４ｂからなる一連の空間１４ａ，１４ｂの内部には、当該一連空間１４ａ，１４ｂの容積の略半分の量で黒色に着色した液体（誘電体）１８が封入される。
この表示装置では、後述にて説明するように、第１〜第３電極板１１ａ〜１１ｃに対して選択的に電圧を印加することで、着色液体（誘電体）１８を上層空間１４ａの側または下層空間１４ｂの側へ移動させ、図２（Ａ）に示すように、下層空間１４ｂの側へ移動させた場合には、上層空間１４ａには着色液体１８がほとんどないために、白色の中間隔壁１３の壁面および垂直隔壁１２の壁面が露出しているので、画素表面からみて白色表示の状態となり、図２（Ｂ）に示すように、上層空間１４ａの側へ移動させた場合には、黒色の着色液体１８が白色の中間隔壁１３の壁面および垂直隔壁１２の壁面を被覆するために画素表面からみて黒色表示の状態となる。
なお、着色液体（誘電体）１８を、図２（Ａ）に示すように、下層空間１４ｂの側へ移動させた場合には、移動ホール１５の位置に着色液体１８の見える状態となるが、当該移動ホール１５の面積（ｈｗ）2 は白色着色された中間隔壁１３の全体面積ｗ2 と上層空間１４ａにおける垂直隔壁１２の壁面の全体面積（４×ｄ×ｗ）との和に比較して非常に小さいため、当該中間隔壁１３の白色に埋もれて認識されない。
【００１６】
次に、前記構成の第１実施形態の表示装置における電場による力での表示動作について、より詳細に説明する。
誘電体である着色液体１８に電場が掛かるとこの液体１８は分極する。分極した着色液体１８にかかっている電場が一様ではない(空間的に変化している)ところでは、着色液体１８はその分極の向きと電場成分の偏微分との関係に応じて電場から力を受ける。
着色液体１８の各部分が受ける力の大きさと向きは、着色液体１８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場成分の偏微分とから考察できる。
【００１７】
双極子モーメントをＰ、電場をＥ、双極子が受ける力をＦとしたとき、
Ｆ＝（Ｐ・∇）Ｅ
である（Ｐ、Ｅ、Ｆはベクトル、∇はナブラ）。
この力は電場強度の２乗の勾配の大きいところで大きくなる。
このため、上層空間１４ａ、下層空間１４ｂ、移動ホール１５の中に適切な電場（電位の変化）を作り出すことで、後述する電場以外の手段による力にしたがった初期動作の後に着色液体１８を上層空間１４ａから下層空間１４ｂへ、あるいは下層空間１４ｂから上層空間１４ａへと移動させる主たる動力が得られる。
【００１８】
図３は、前記第１実施形態の表示装置において第２電極板１１ｂと第３電極板１１ｃの電圧を０Ｖとし第１電極板１１ａに例えば１０Ｖの正電圧を印加した場合の画素内空間の電位分布イメージを示す図である。
この図３で示した電位分布イメージ図は、画素内空間断面の各点での電位を三次元的に表現した図である。
【００１９】
画素内空間断面の各点での電位は上方向の高さで表され、三次元の図の底面を構成する辺のうち、図示手前側の長辺（横軸）が第２電極板１１ｂに対応する位置であり、当該軸上での電位は０Ｖとなる。また、図示奥側にあるこれと平行な長辺が第１電極板１１ａに対応する位置であり、当該軸上での電位は１０Ｖとなる。すなわち、この２つの長辺に直交する短辺に沿う方向に、奥側が上層の電位、手前側が下層の電位、その半分あたりのところが中間隔壁層の電位となる。第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂのそれぞれの軸方向の座標は図１の左右方向の座標に対応しており、軸方向の中央の座標は、移動ホール１５の位置に対応している。上層空間１４ａでは、第１電極板１１ａの１０Ｖから第３電極板１１ｃの０Ｖ近くへと急激に電位が変化するが、移動ホール１５の位置に対応した中央付近の上層部分ではそれより緩やかに電位が変化し、下層部分で更になだらかに変化して第２電極板１１ｂで０Ｖとなる。そして、移動ホール１５の下方あたりを除く下層空間１４ｂの電位はどこも略０Ｖである。
【００２０】
図４は、図３で示した画素内空間の電位分布イメージに対応する電場分布イメージを示す図である。
電場については、電位の傾きから求めることができる。
この図４における３次元の電場分布イメージ図では、上方向の高さが電場の強さ（大きさ・絶対値）を表すもので、第１電極板１１ａ側の上層空間１４ａの電場は非常に強いが、第２電極板１１ｂ側の下層空間１４ｂの電場は非常に弱いことが分かる。
【００２１】
上層空間１４ａにおいて、第１電極板１１ａと第３電極板１１ｃとの電位差による電場が支配的であるが、移動ホール１５に対応する部分には第３電極板１１ｃがないために第１電極板１１ａと第２電極板１１ｂとの電位差による電場の作用が生じている。このため、上層空間１４ａに対応する電場同士を比べると、移動ホール１５の上あたりの電場はそれ以外の電場より弱い。移動ホール１５の上下方向に対応した電場については、上層空間１４ａ、移動ホール１５内、下層空間１４ｂと下に行くほど電場は弱くなる。下層空間１４ｂにおいて、第３電極板１１ｃと第２電極板１１ｂとの電位差による電場が支配的であるが、移動ホール１５に対応する部分では第１電極板１１ａと第２電極板１１ｂとの電位差による電場の作用が生じている。このため、移動ホール１５の下から外側にいくほど電場は弱くなり、移動ホール１５から十分離れた中間隔壁１３の下では電場は殆どない。
【００２２】
すなわち、図２（Ａ）に示すように、最初、着色液体１８がすべて下層空間１４ｂにあるときに、第２電極板１１ｂと第３電極板１１ｃを０Ｖにして第１電極板に１０Ｖの正電圧を印加すると、図４で示した電場分布イメージからも分かるように、移動ホール１５から離れたところの液体１８はほとんど分極しないが、移動ホール１５の中と移動ホール１５の下とその周辺の液体１８が分極する。この着色液体１８における分極の大雑把な方向は、図３で示した電位分布イメージから推測可能である。
この際、移動ホール１５内の液体１８と下層空間１４ｂの移動ホール１５の下方の液体１８には略上向きの力が加わって上層空間１４ａに移動しようとする。またこの液体１８の移動に追随するように、下層空間１４ｂの液体１８で移動ホール１５の下方より外側の液体１８には概ね移動ホール１５の下方へと向かう力が加わる。これにより移動ホール１５にある液体１８は上層空間１４ａへと上がり、また移動ホール１５の下方にある液体１８は当該移動ホール１５へと上がり、さらに移動ホール１５下方の外側にある液体１８は移動ホール１５の下方へと集まっていく。
【００２３】
そして、移動ホール１５から上層空間１４ａに上がってきた着色液体１８は、同じ原理による力を受けて、その一部は更に上へ、一部は移動ホール１５の上から離れて第１電極板１１ａと中間隔壁１３で挟まれた空間の奥へと入って行く。
この際、上層空間１４ａである中間隔壁１３の上に入って来た着色液体１８は、そこの強い電場により強く分極はするが、当該電場は端のあたりを除いて略一様なので特には力を受けない。しかし、移動ホール１５を介して後から次々と上層空間１４ａに入って来る着色液体１８に押される形で上層空間１４ａの端の方へと移動して行く。
【００２４】
一方、中間隔壁１３の下にある下層空間１４ｂでの大部分の着色液体１８については、当該下層空間１４ｂの電場は略零なので殆ど力を受けない。しかし、液体１８には表面張力により表面積を小さくしようとする力が働くので、これら下層部分の液体１８も、前記移動ホール１５を通り上層空間１４ａへと移動する液体１８に引っ張られて当該移動ホール１５の方向へと動いていく。
このように、第２電極板１１ｂと第３電極板１１ｃを０Ｖにして第１電極板１１ａに１０Ｖの正電圧を印加することにより得られる電場空間と着色液体１８の表面張力、および後ろから押される力などの総合作用の結果、全体としての着色液体１８は、電場の弱い下層空間１４ｂの領域から電場の強い上層空間１４ａの領域へと移動して行く。
一方で、着色液体１８がすべて上層空間１４ａにあるときに、これを全て下層空間１４ｂへと移動させる時には、第１電極板１１ａと第３電極板１１ｃに０Ｖ、第２電極板１１ｂに例えば１０Ｖの正電圧を印加すればよく、前記同様の原理によって着色液体１８は下層空間１４ｂへと移動する。
【００２５】
そして、この表示装置では、着色液体１８を一旦上層空間１４ａまたは下層空間１４ｂに移動させてしまうと、その状態を維持するのに各電極板１１ａ〜１１ｃ間に電圧を掛ける必要が一切ない。
すなわち、例えば各電極板１１ａ〜１１ｃに対する印加電圧を全て０Ｖにした場合には、表示画素空間内のすべての点で電位は０Ｖであり電場が無いので、着色液体１８は電場から全く力を受けることはないが、次のような力が寄与して上層空間１４ａまたは下層空間１４ｂに移動しきった着色液体１８はその場所に止まる。
【００２６】
通常、液体（１８）には表面張力により一つになり丸まろうとする性質があるが、この表示画素空間内の着色液体１８の体積はとても小さいのでその影響は大きい。上層空間１４ａまたは下層空間１４ｂへと移動し終えて一つに纏まった液体１８が、移動ホール１５を通って再び他方の層の空間へと入り込むには、この表面張力によって一つになり丸まろうとする性質の力に逆らわなければならない。
すなわち、この表示装置における着色液体１８の表面張力は、当該液体１８が現在の層の空間内に止まろうとする力として寄与する。また、移動ホール１５の面積は小さいので、移動ホール１５を通過する際に着色液体１８は通過摩擦などによる抵抗力を受け、この通過摩擦などによる抵抗力も当該液体１８が現在の層の空間内に止まろうとする力として寄与する。さらに、着色液体１８は、それが接している面との付着力も当該液体１８が現在の層の空間内に止まろうとする力として寄与する。
このように、中間隔壁１３の移動ホール１５を介して上下分離した上層空間１４ａと下層空間１４ｂのそれぞれにおける着色液体１８の表面張力や静止力として働く付着力の寄与により、通常の重力や振動などによる外力が加わった場合でも、この着色液体１８が他の層の空間へ勝手に移動してしまうのを阻止することができる。
【００２７】
したがって、前記構成の表示装置によれば、表示内容を変えない限りは電力を加える必要がなく、非常に低消費電力で、高コントラスト、且つ広い視野角の見やすい表示装置を実現できる。
しかしこのような表示装置では、上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂの一方にある着色液体１８は一旦他方に移動し始めると、初期に要する程度の電場を形成しなくても容易に他方に移動する傾向があるが、移動ホール１５の面積は相対的に中間隔壁１３の面積と小さいために、例えば下層空間１４ｂに配置した着色液体１８は、初期移動時においては、第３電極板１１ｃと第２電極板１１ｂとの電位差による電場の影響が強く、第１電極板１１ａと第２電極板１１ｂとの電位差による電場の影響が小さい。つまり、他方側で生じた電場の力が十分でないと上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂの一方から他方へ初期移動しにくい。また、前記の表面張力に関する力は表示状態を保持する場合に有効であるが、表示状態を変更する場合のエネルギー障壁となっていた。このため着色液体１８の初期移動時に大きな電場を形成しなければならず結果として大きな消費電力を費やしていた。
【００２８】
以下、本実施形態として特に大きな力が必要とされる表示変更初期の段階で、電場による力以外に着色液体に補助的な力を発生させる手段により、効果的に液体を押し出すまたは引き入れる実施の形態について説明する。
図５は図１の前記の２つの空間にニクロム等の金属を有する発熱体１９ａ、１９ｂを新たに設けた構成の断面図である。図５では、発熱体１９ａ、１９ｂには電圧が印加されず、また第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂ及び第３電極板１１ｃは等電位のため、着色液体１８は静止している状態である。
発熱体１９ａ、１９ｂは着色液体１８を加熱する発熱体として、例えば、電気抵抗ヒーターの構成となっており、上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂにおいて移動ホール１５に対向する位置にそれぞれ１つずつ設けられ、図示しない適当な回路により、電流を流すと発熱する。発熱体１９ａ、１９ｂのうち、着色液体１８に接触している方を暖めると、発熱体の温度が着色液体１８に伝わり、着色液体１８の温度が上がり着色液体１８は熱膨張する。
【００２９】
発熱体１９ａ、１９ｂは互いに電気的に独立しているばかりでなく、それぞれ第１電極板１１ａ及び第２電極板１１ｂと電気的に独立するように間に絶縁膜２０、２０が介在されている。また発熱体１９ａ、１９ｂは、画素表示面積（開口率）に影響がないように移動ホール１５に対向する位置にある方が好ましいが、着色液体１８との接触面積を大きくするために、上層空間１４ａの垂直隔壁１２の四方のうち少なくとも１つに設け、且つ下層空間１４ｂの垂直隔壁１２の四方のうち少なくとも１つに設けてもよい。垂直隔壁に設ける場合も、発熱体１９ａ、１９ｂはそれぞれ第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂ及び第３電極板１１ｃに電気的に独立しているようにする。
【００３０】
図６は、初期動作時に、発熱体１９ｂを加熱して着色液体１８を熱膨張させ、移動ホールより着色液体１８が上層にはみ出した状態の断面図である。着色液体１８の体積膨張率が例えば０．００１／Ｋの液体（主成分としてエチルアルコール等）とすると、着色液体１８の温度を２０度上げれば、液体量は全体の容積に対して２％熱膨張する。画素サイズの設計値をとして、ｄｍが小さいとして、ｗ：ｈｗ：ｄを２０：１：１とすると底面の広がり等も考慮して、上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂの一方から移動ホール１５を介して他方に着色液体１８の一部をｄの高さの２０％程度はみ出させることが可能となる。このとき、同時に第２電極板１１ｂ及び第３電極板１１ｃに同電位を与え、下層空間１４ｂが無電界となるようにし、第１電極板１１ａを第２電極板１１ｂ及び第３電極板１１ｃに対して相対的に正電圧とし、上層空間１４ａに電場を形成するようにしてもよく、着色液体１８が十分熱膨張した後に上層空間１４ａに電場を形成してもよい。
【００３１】
下層空間１４ｂにあった着色液体１８は熱膨張によって、一部が移動ホール１５から上層空間１４ａ内、つまり、第１電極板１１ａ及び第３電極板１１ｃ間の電場、並びに第１電極板１１ａ及び第２電極板１１ｂ間の電場による力の影響を強く受ける領域に進入することになる。一旦上層空間１４ａに着色液体１８の一部が進入すると、それ程の大きな電場でなくても、連鎖的に上層空間１４ａに進入しやすくなる。着色液体１８が上層空間１４ａに移動し尽くすと、上層空間１４ａ内で電場を消失するように第１電極板１１ａ、第２電極板１１ｂ及び第３電極板１１ｃを等電位にしても、表面張力等の作用によって上層空間１４ａ内に安定しているので、自重によって移動ホール１５から下層空間１４ｂに漏れ落ちることはない。
同様に、上層空間１４ａから下層空間１４ｂに着色液体１８を移動させる場合には、初期動作時に、発熱体１９ａを加熱して、着色液体１８を下層空間１４ｂにはみ出させて電場強度の２乗の勾配の大きい、すなわち、力が効率的に働く領域にかかるようにすればよい。
【００３２】
このように、初期動作時に、電場以外の作用によって、上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂの一方にある着色液体１８を電場による力が効率的に働く領域まで移動させ、一方に留まっている着色液体１８を他方に移動させやすくすることができ、引き続き比較的小さい電場の作用によって着色液体１８全体を他方に移動させることができる。
また、静止状態から初期的に着色液体１８の表面、つまり気液界面が動くことにより、その後の動きが滑らかになる。さらに、温度を上げることにより、液体の粘性が下がり、液体の移動時の粘性抵抗が下がり、液体が動きやすくなるという効果もある。
このように、液体の移動に対して特に大きな力を必要とされる初期の段階で、電場による力を補助することができるので、表示状態の切り替えをスムーズに行うことができるようになる。
【００３３】
図７に電場による力を発生させる期間と補助的な力を発生させる期間のタイムチャート例を示す。
図における「電場形成手段の動作ＯＮ」の期間とは液体１８が例えば下層空間１４ｂにある場合に、第２電極板１１ｂと第３電極板１１ｃの電圧を０Ｖとし、第１電極板１１ａに例えば１０Ｖの正電圧を印加する期間であり、「電場形成手段の動作ＯＦＦ」の期間とは第１電極板１１ａと第２電極板１１ｂ及び、第３電極板１１ｃに０Ｖの同電位を与える期間である。
図７（Ａ）は比較のために、補助的な力を発生させる発熱体１９のない場合のものである。
【００３４】
図７（Ｂ）は補助的な力を発生させる発熱体１９を持つ場合のものである。上図における「発熱体の動作ＯＮ」の期間とは電気ヒーターに電流を流し、発熱体１９を暖めている期間である。また、中図における「体積の変化量」は発熱体１９に暖められた液体１８が熱膨張し、体積が増減する様子を表している。
図７（Ｂ）では、電場形成手段ＯＮの期間に先立って、電気ヒーターに電流を流し、発熱体１９を動作させ、液体１８に熱が伝わり、液体１８が熱膨張するのをある程度待ち、電流を流すのを止めてから、電場をかけるようにしている。
図の一番下に示す「表示変更期間」は電場形成手段の動作と発熱体１９の動作のどちらかのＯＮの期間の始まりから電場形成手段の動作がＯＦＦするまでの期間であり、それ以外の期間が「表示保持期間」である。
【００３５】
図８（Ａ）は発熱体１９の動作をＯＦＦにする前に電場形成手段の動作をＯＮにさせている例である。また、図８（Ｂ）は発熱体１９の動作をＯＮにするタイミングと電場形成手段の動作をＯＮにさせるタイミングが同じ場合の例である。
図７（Ｂ）、図８（Ａ）、図８（Ｂ）では、表示変更期間の移動が完了する前に発熱体の動作をＯＦＦとしたが、これに限らず、電場形成手段の動作をＯＦＦと同期して発熱体の動作をＯＦＦしてもよく、電場形成手段の動作をＯＦＦした後にて発熱体の動作をＯＦＦしてもよい。
【００３６】
なお、図５、図６では液体を膨張させるために発熱体１９ａ、１９ｂを配置したが、図９のように、そのもの自体が膨張する膨張体２１ａ、２１ｂをそれぞれ移動ホール１５に対向する上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂ内に設けるようにしてもよい。このような構造では、例えば図１０に示すように、膨張体２０ｂを膨張させることによって下層空間１４ｂ内の着色液体１８が移動ホール１５から上層空間１４ａに移動して上層空間１４ａ内の電場による力が効率的に働く領域に位置することになるので大きな電場を形成することなしに速やか且つ連鎖的に上層空間１４ａ内に着色液体１８を移動させることができる。
また膨張体２１ａ、２１ｂに、電圧が印加されることによって加熱するとともにそのもの自体が熱膨張するものを採用すれば、全体として膨張体２１ａ、２１ｂの膨張分の容積に加え、熱によって着色液体１８の膨張分の容積だけ増加するので、電場以外の作用によって、上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂの一方にある着色液体１８をより電場による力が効率的に働く領域まで移動させやすくなる。
【００３７】
また、第１実施形態の表示装置において、発熱体１９ａ、１９ｂ以外にも画素を構成する底面隔壁１７等の構造物の一部を暖め、熱膨張させるようにしてもよい。
熱膨張させるための手段として、特に電気抵抗を利用する発熱体の例を述べたが、それに限らず、電磁波、レーザー光線、超音波等の発熱体を利用するようにしてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
図１１、図１２は、本発明の第２実施形態に係る表示装置の１画素対応の構成を示す断面図である。第１実施形態と同じ符号のものについては、第１実施形態と同じ機能であり、その説明を省略する。
ここでは、第１実施形態の発熱体のかわりに、上層空間１４ａと下層空間１４ｂに体積可変の伸縮装置２２ａ、２２ｂを配置する。この伸縮装置２２ａ、２２ｂはそれぞれ例えば、可動コイル形のリニアアクチュエータを使って構成することができる。これは基本的に固定部２１０、可動部２２０、及びそれをつなぐバネ２３０により構成される。
【００３９】
図１３は前記伸縮装置２２ａ又は２２ｂの詳細の断面図である。
伸縮装置２２ａ、２２ｂはともに、ハウジング２１１、ヨーク２１２、永久磁石２１３、可動子２２１、可動子２２１に巻かれたコイル２２２、伸縮自在のゴム等の被覆部２２３、及び、バネ２３０により構成されている。
ここで、可動子２２１はバネ２３０によりハウジング２１１に支持されており、伸縮自在のゴム等の被覆部２２３はハウジング２１１と可動子２２１に接着されている。したがって、固定部２１０はハウジング２１１、ヨーク２１２、永久磁石２１３により構成され、可動部２２０は可動子２２１、可動子２２１に巻かれたコイル２２２、伸縮自在のゴム等の被覆部２２３に対応する。
伸縮装置２２ａ又は２２ｂのコイル２２２に電流を流していない状態では、伸縮装置２２ａ又は２２ｂの体積は小さく、コイル２２２に図示しない適当な回路により、コイル２２２に電流を流すと、固定部２１０との吸引力が発生し、可動子２２１が押し上げられることにより、伸縮自在のゴム等の被覆部２２３も伸び、伸縮装置２２ａ又は２２ｂの体積が膨張する。
【００４０】
伸縮装置２２ａ、２２ｂはコイル２２２に電流を流していない初期状態では、図９のように縮んだ状態にあり、図１２に示すように、例えば、着色液体１８が局在化している下層空間１４ｂ側の伸縮装置２２ｂのコイル２２２に通電すると、伸縮装置２２ｂの容積が膨張する。すると、下層空間１４ｂ内の着色液体１８のうち伸縮装置２２ｂの膨張した容積分が、移動ホール１５から上層空間１４ａ内に押し出される。
【００４１】
このように、上層空間１４ａ内に大きな電場を形成することなしに初期動作として上層空間１４ａに着色液体１８に少し移動させることができ、以降、比較的小さい上層空間１４ａの電場によって効率的に液体の移動に伴う表示変更をすることができる。
本実施形態においても、逆に、着色液体１８が上層空間１４ａにある場合に伸縮装置２２ｂと同様に、伸縮装置２２ａを伸長することによって下層空間１４ｂ内に大きな電場を形成することなしに上層空間１４ａから下層空間１４ｂに着色液体１８に移動させることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
図１４、図１５は、本発明の第２実施形態に係る表示装置の１画素対応の他の動作例を示す断面図である。第２実施形態と同じ符号のものについては、第１実施形態と同じ機能であり、その説明を省略する。
第２実施形態と同様に、上層空間１４ａと下層空間１４ｂに体積可変の伸縮装置２２ａ、２２ｂを配置する。ただし、第２実施形態と異なり、コイル２２２に電流を流していない初期状態において、伸縮装置２２ａ又は２２ｂの体積は大きい状態であり、コイル２２２に流す電流の向きを第２実施形態とは逆に流すと固定部２１０との間に斥力が働き、可動子２２１が押し下げられ、伸縮自在のゴム等の被覆部２２３も縮み、伸縮装置２２ａ又は２２ｂの体積は収縮する。
【００４３】
表示保持状態では、例えば、図１４のように、伸縮装置２２ａ、２２ｂのコイル２２６には通電せず伸縮装置２２ａ、２２ｂが第２実施形態の場合とは異なり、伸長した状態で上層空間１４ａ内の気圧を一定にしている。
【００４４】
そして、表示変更するために、図１５に示すように、例えば初期動作時に伸縮装置２２ｂのコイル２２２に電流を流すと、伸縮装置２２ａの容積が減少し、上層空間１４ａ内の気体に負圧が生じる。このとき、上層空間１４ａ内の気体が元の圧力に戻るように収縮するので下層空間１４ｂ内の着色液体１８が膨張して一部が上層空間１４ａ内に進入し、上層空間１４ａ内の気体の容積をある程度戻して平衡状態となる。
このように、上層空間１４ａ内に大きな電場を形成することなしに初期動作として上層空間１４ａに着色液体１８を移動することができ、以降、比較的小さい上層空間１４ａの電場によって効率的に液体の移動に伴う表示変更をすることができる。
ここでは、第２実施形態と同様に可動コイル形のリニアアクチュエータにより構成される伸縮装置の例で説明したが、これに限定されるものでなく、第１実施形態のように熱膨張、熱圧縮の原理を用いた構成にしてもよい。
また、第２の実施形態と併用するようにしてもよい。
【００４５】
（第４実施形態）
図１６は本発明の第４実施形態に係る表示装置の１画素対応の他の動作例を示す断面図である。前記実施形態と同じ符号のものについては、その説明を省略する。
図１６（Ａ）は液体１８が下層空間１４ｂを満たしている場合である。ここでは補助的な力を発生させる機構のかわりに、あらかじめ、下層空間１４ｂの空間の体積と移動用の穴部１５の体積を加えた体積より液体１８の体積を多くすることで、液体１８を移動用の穴１５から上層空間１４ａにはみださせるようにしている。このようにすることにより、表示保持状態においても補助的な力を借りなくても電場による力が効率的に働く領域に液体１８が存在している状態が実現できるので、表示変更の際にそれ程大きな電場を発生させなくても液体が移動されやすくなる。
【００４６】
図１６（Ｂ）は液体１８が上層空間１４ａを満たしている場合の図である。この場合も、表示保持状態において補助的な力を借りなくても電場による力が効率的に働く領域に液体１８が存在している状態が実現できるので、表示変更の際にそれ程大きな電場を発生させなくても液体が移動されやすくなることは、図Ｂ（Ａ）の場合と同様である。
【００４７】
なお、上記各実施形態の表示装置において、電場による力と異なる力によって着色液体１８を移動させる移動手段が上層空間１４ａ及び下層空間１４ｂの一方にある着色液体１８を他方の空間の高さｄの２０％程度まで進入させれば、効果的に小さい電場で他方に移動させることができる。
また上記各実施形態において、移動ホール１５を設ける位置は中間隔壁１３および第３電極板１１ｃの中央でなくてもよい。移動ホール１５の大きさや形状は異なっていてもよい。移動ホール１５は複数あってもよい。
また、上記各実施形態の表示装置において、強い衝撃などが加わっても表示が乱れないようにするためには、表示内容が変更されない時でも電圧を掛けることになるが、その場合でも低消費電力化を図るため、表示を変更する時よりも弱い電圧を掛ける構成とする。あるいは、表示内容が変更されない時には、間欠的に電圧をかけて、乱されたかもしれない表示を一定時間ごとに復元する構成としてもよい。
【００４８】
また、上記各実施形態の表示装置において、上層空間１４ａと下層空間１４ｂの形状が多少異なっていても、その空間容量が同じであればよく、第１電極板１１ａの下面や第２電極板１１ｂの上面に、着色液体１８との間に入る誘電体の層を設けてもよく、第３電極板１１ｃは中間隔壁１３の中に挟み込まれるようにして設けたが、中間隔壁１３の上面や下面に設けてもよい。
また、各電極板１１ａ〜１１ｃには直流電圧を掛ける構成としたが、交流電圧を掛けてもよい。例えば着色液体１８を上層空間１４ａへ移動させる場合、第１電極板１１ａには第３電極板１１ｃと逆相で、第２電極板１１ｂには第３電極板１１ｃと同相で、３つの電極板に対し１０Ｖと０Ｖを一定周期で切り替えて掛ける構成とする。
【００４９】
また、上記各実施形態の表示装置において、表示画素の平面形状は正方形として構成したが、長方形など他の形状であってもよく、移動ホール１５についても同様に正方形以外の他の形状であってもよい。また、電極板の数は３つに限定されるものではなく、着色液体（誘電体）１８を上層空間１４ａと下層空間１４ｂとの間で電場の強さの違いにより移動させるものであれば、それ以上の極板数あるいはそれ以下の極板数であってもよい。
また、上記各実施形態の表示装置では、各電極板１１ａ〜１１ｃは何れも表示領域にぴったり当て嵌まる面積として構成したが、表示領域より狭い面積でもよい。あるいは、表示領域より広い面積として垂直隔壁１２に食い込むように構成してもよい。
なお着色液体（誘電体）は中間隔壁１３の色以外であれば白、青、赤等の黒以外の色の着色であって良いし、中間、垂直の隔壁も着色液体以外の色であれば白以外の色で着色されても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表示装置の電場による力を説明するための１画素対応の構成を示す断面図。
【図２】前記第１実施形態に係る表示装置の電場による力での表示動作を説明するための断面図であり、同図（Ａ）は白色表示状態を示す断面図、同図（Ｂ）は黒色表示状態を示す断面図。
【図３】前記第１実施形態の表示装置において第２電極板１１ｂと第３電極板１１ｃを０Ｖとし第１電極板１１ａに１０Ｖの正電圧を印加した場合の画素内空間の電位分布イメージを示す図。
【図４】前記図３で示した画素内空間の電位分布イメージに対応する電場分布イメージを示す図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る発熱体を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図。
【図６】前記第１実施形態に係る発熱体を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図において、発熱体を加熱し液体が押し出された状態の図。
【図７】本発明の請求項７を説明するための電場による力を発生させる期間と補助的な力を発生させる期間のタイムチャート例１。
【図８】本発明の請求項７を説明するための電場による力を発生させる期間と補助的な力を発生させる期間のタイムチャート例２。
【図９】本発明の第１実施形態に係る膨張体を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図。
【図１０】前記第１実施形態に係る膨張体を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図において、膨張体が膨張し液体が押し出された状態の図。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る伸縮装置を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図。
【図１２】前記第２実施形態に係る伸縮装置を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図において、伸縮装置が伸びて液体が押し出された状態の図。
【図１３】本発明の第２実施形態及び、３実施形態に係る伸縮装置の詳細な構成を示す断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る伸縮装置を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図。
【図１５】前記第３実施形態に係る伸縮装置を設けた表示装置の１画素対応の構成を示す断面図において、伸縮装置が縮んで液体が引き出された状態の図。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る表示装置の１画素対応の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１１ａ…第１電極板
１１ｂ…第２電極板
１１ｃ…第３電極板
１２…垂直隔壁（誘電体）
１３…水平隔壁（誘電体）
１４ａ…上層空間（液体表示用空間）
１４ｂ…下層空間（液体隠蔽用空間）
１５…移動ホール
１６…透明板
１７…底面隔壁（誘電体）
１８…着色液体（誘電体）
１９ａ…発熱体
１９ｂ…発熱体
２０…絶縁膜
２１ａ…熱膨張体
２１ｂ…熱膨張体
２２ａ…体積可変の伸縮装置
２２ｂ…体積可変の伸縮装置
２１０…体積可変の伸縮装置の固定部
２１１…ハウジング
２１２…ヨーク
２１３…永久磁石
２２０…体積可変の伸縮装置の可動部
２２１…可動子
２２２…コイル
２２３…伸縮自在のゴム等の被覆部
２３０…バネ
【図１】
2006065144.tif 000003
【図２】
2006065144.tif 000004
【図３】
2006065144.tif 000005
【図４】
2006065144.tif 000006
【図５】
2006065144.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006065144.tif 000009
【図８】
2006065144.tif 000010
【図９】
2006065144.tif 000011
【図１０】
2006065144.tif 000012
【図１１】
2006065144.tif 000013
【図１２】
2006065144.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2006065144.tif 000016
【図１５】
2006065144.tif 000017
【図１６】
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