(57)【要約】本発明の一実施形態に係る表示方法又は装置では、光結晶反射モード、固有色反射モード及び透過度調節モードのうちの少なくとも２つのモードが同一の単一画素内で互いに切替可能に実現されることができる。また、このような表示方法を行うコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も提供される。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法。
【請求項２】
複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加位置及び印加時間のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法。
【請求項３】
複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加位置及び印加時間のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第１モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法。
【請求項４】
複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加位置及び印加時間のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第３モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法。
【請求項５】
前記モード間の切替は、印加される電場の強度、方向、印加回数及び印加位置のうちの少なくとも１つが変わることによりなされることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項６】
直流電場及び交流電場を順次又は同時に混合して印加することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項７】
前記電極は、大電極と局部電極とに分割されて電気的に分離されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項８】
前記粒子の位置を調節するために、同一符号の電荷に帯電された粒子を用い、直流成分を含む電場を前記表示部に印加することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項９】
前記粒子の位置を調節するために、溶媒と誘電率が異なる粒子を用い、不均一な電場を前記表示部に印加することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項１０】
光の透過度を調節するために、前記粒子の間隔調節から反射される光の波長が可視光線帯域外まで調節されることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項１１】
光の透過度を調節するために、同一符号の電荷に帯電された粒子を用い、前記電場を表示部に局部的に印加して電気泳動により前記粒子が局部的に移動することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項１２】
光の透過度を調節するために、溶媒と異なる誘電率を有する粒子を用い、不均一な電場を前記表示部に印加して誘電泳動により前記粒子が局部的に移動することを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項１３】
光の透過度を調節するために、前記粒子が分散された溶液は、電気粘性特性を示す溶液を用い、電場を表示部に印加して溶液内の前記粒子が前記電場の方向と平行な方向に配列されることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項１４】
前記粒子、溶媒及び溶液のうちの少なくとも１つは、可変電気分極特性−印加された電場が変化することによって誘発される電気分極量が変わる−を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項１５】
前記粒子、前記溶媒、前記溶液のうちの少なくとも１つは、電子分極、イオン分極、界面分極及び回転分極のうちの何れか１つにより電気分極される物質を含むことを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項１６】
前記溶媒は、分極指数が１以上の物質を含むことを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項１７】
前記溶媒は、炭酸プロピレンを含むことを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項１８】
前記粒子は、強誘電体又は超常誘電体物質を含むことを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項１９】
前記粒子は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも１つの元素を含む無機化合物や炭素を含む有機化合物であることを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項２０】
前記粒子は、同一符号の電荷を有し、
前記電場が印加されることによって、電場の強度に比例して粒子に作用する電気泳動力と、前記可変電気分極特性により粒子間に作用する静電気的引力と、同一符号の電荷を有する粒子間に作用する静電気的反発力が相互作用して前記粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになり、前記粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになることによって、前記複数の粒子から特定波長の光が反射されることを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項２１】
前記粒子は、互いに立体障害効果を示し、
前記電場が印加されることによって、前記可変電気分極特性により粒子間に作用する静電気的引力と、前記粒子間に作用する立体障害反発力が相互作用して前記粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになり、前記粒子間の間隔が前記特定の範囲に到達するようになることによって、前記複数の粒子から特定波長の光が反射されることを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項２２】
前記電場を印加すれば、前記粒子は、溶媒内で３次元的に短範囲規則度を有しながら、配列することを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【請求項２３】
前記電場の強度が増加するほど、前記粒子から反射される光の波長が短くなることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項２４】
前記粒子から反射される光の可能な波長範囲は、赤外線、可視光線及び紫外線帯域のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項２５】
前記粒子、前記溶媒及び前記電極のうちの少なくとも１つは、顔料及び、染料及び構造色を有する物質のうちの少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項２６】
複数の画素のそれぞれに電場を独立して印加し、前記複数の画素のそれぞれが独立して駆動されるようにすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項２７】
前記粒子及び前記溶媒は、光透過性物質によってカプセル化されるか、絶縁性物質によって区画化されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項２８】
前記粒子及び前記溶媒は、光透過性物質からなる媒質内に散在することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項２９】
前記溶液は、ゲル形態であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３０】
前記溶液に電場を印加して特定のカラー又は透過度を表示した後に前記電場を除去しても、所定時間前記特定のカラー又は透過度を維持することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３１】
その内で前記モード間の切替がなされる単一画素を複数垂直に積層させ、各積層された単一画素内で前記モードが独立して実現されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３２】
その内で前記モード間の切替がなされる単一画素を複数水平に配列させ、各配列された単一画素内で前記モードが独立して実現されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３３】
前記粒子又は前記溶媒に前記電場を印加した後に前記電場と反対方向の電場を印加して前記粒子の間隔、位置又は配列を初期化することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３４】
前記電場を印加する前に前記粒子の間隔、位置又は配列を予め設定された間隔、位置又は配列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１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３５】
前記表示部にキャパシタが接続されて電圧が印加されれば、前記キャパシタに電荷が充電されるようにし、前記表示部に印加される電圧が遮断されれば、前記キャパシタに充電された電荷を用いて前記表示部に電圧を印加することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３６】
表示面積、表示時間及び光透過度のうちの少なくとも１つを調節することで、表示されるカラーの明度又は彩度を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３７】
互いに異なる符号の電荷を有する第１及び第２粒子に電場を印加して前記第１粒子の間隔、位置又は配列と前記第２粒子の間隔、位置又は配列が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１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３８】
前記粒子及び前記溶媒に入射される光を用いてエネルギーを発生させ、前記発生した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１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項３９】
発光型表示手段又は透過型表示手段を前記モードと組み合わせて用いることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項４０】
前記粒子、前記溶媒又は前記電極から反射されるか、前記粒子、前記溶媒又は前記電極を透過する光が前記電極に結合されているカラーフィルタを通過して表示されるようにすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項４１】
前記粒子及び前記電極は、それぞれ白色及び黒色であるか、それぞれ黒色及び白色であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表示方法。
【請求項４２】
表示装置であって、
少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、
前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置。
【請求項４３】
表示装置であって、
少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、
前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置。
【請求項４４】
表示装置であって、
少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、
前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第１モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置。
【請求項４５】
表示装置であって、
少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、
前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第３モードを
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置。
【請求項４６】
コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムコードは、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードが
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現されるようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項４７】
コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムコードは、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードが
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現されるようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項４８】
コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムコードは、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーを表示する第１モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードが、
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現されるようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項４９】
コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムコードは、
前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、
前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーを表示する第２モードと、
前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第３モードが
前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現されるようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項５０】
前記粒子の間隔を制御することによって反射される光の波長を調節するモードは、前記粒子の配列を制御することによって光の透過度を調節するモードよりもその印加される電圧の大きさが小さいことを特徴とする請求項２又は４に記載の表示方法。
【請求項５１】
印加される電圧が大きくなるほど、可変電気分極特性による粒子間の引力が粒子間の反発力よりも反発力を無視する程度に大きくなることを特徴とする請求項５０に記載の表示方法。
【請求項５２】
前記粒子の配列を制御することによって光の透過度を調節するモードでは、前記可変電気分極特性による粒子間の引力が粒子間の反発力よりも大きくなることを特徴とする請求項１４に記載の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に表示方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は、光結晶反射モード（photonic crystal reflection mode）、固有色反射モード（unique color reflection mode）及び透過度調節モード（transmittance tuning mode）のうちの少なくとも２つのモードが同一の単一画素内で互いに切替可能に実現される表示方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、次世代ディスプレイに対する研究及び開発が活発に行われるにつれて、多様な種類のディスプレイが紹介されている。次世代ディスプレイの代表的な例として、電子インク（electronic-ink）が挙げられる。電子インクは、それぞれ負電荷及び正電荷を有する特定色（例えば、それぞれ黒色及び白色）の粒子に電場を印加して前記特定色を表示するディスプレイであって、電力の消費を低減し、フレキシブル（flexible）ディスプレイを可能にするという長所を有している。但し、電子インクによる場合、粒子の色が特定色に固定されているため、多様な色を表現することは難しいという限界がある。一方、ディスプレイと共に用いられ、ディスプレイから反射されるか、またはディスプレイに入射される光を透過又は遮断させる機能をする光透過度調節装置が紹介されている。従来の光透過度調節装置は、光の透過を制御する機能を行う機械的なシャッタを含むなど構造が複雑であり、製造時間と製造コストがあまりにも高いという問題があった。
【０００３】
従って、表示領域において簡単な構造にして多様な色及び／又は透過度が簡単な方式で調節され得る方式が提供される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、多様な色及び／又は透過度が同一の単一画素内で簡単な方式及び構造で実現される表示方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、多様な色、透過度、明度及び／又は彩度が簡単な方式及び構造で調節され得る表示方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、粒子間隔を更に規則的に配列させて粒子から反射される光の波長の強度が改善される表示方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、前記表示方法の段階を行うプログラムコードを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体（machine readable storage medium）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によって、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法が提供される。
【０００９】
本発明の一側面によって、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加位置及び印加時間のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法が提供される。
【００１０】
本発明の一側面によって、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加位置及び印加時間のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第１モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法が提供される。
【００１１】
本発明の一側面によって、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加位置及び印加時間のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御し、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第３モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示方法が提供される。
【００１２】
一側面によって、少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置が提供される。
一側面によって、少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置が提供される。
【００１３】
一側面によって、少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第１モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置が提供される。
【００１４】
一側面によって、少なくとも１つが透明な少なくとも２つの互いに対向する電極間に複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部と、前記電極に印加される電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第３モードを前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現する表示装置が提供される。
【００１５】
一側面によって、コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラムコードは、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードが前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現されるようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１６】
一側面によって、コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラムコードは、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードが前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現されるようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１７】
一側面によって、コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラムコードは、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第１モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第２モードが前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現するようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１８】
一側面によって、コンピュータによって読み取られ、複数の粒子が溶媒に分散された溶液を含む表示部に電極を通じて電場を印加し、前記電場の強度、方向、印加回数、印加時間及び印加位置のうちの少なくとも１つを調節して前記粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御するプログラムコードが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラムコードは、前記粒子の間隔を制御することによって、前記間隔が制御された粒子から反射される光の波長を調節する第１モードと、前記粒子の位置を制御することによって、前記粒子、前記溶媒、前記溶液及び前記電極のうちの少なくとも１つのカラーが表示される第２モードと、前記粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、前記溶液を透過する光の透過度を調節する第３モードが前記表示部の同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に実現するようにするコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【００１９】
以下の個別の実施形態は、前記の表示方法、表示装置及び記録媒体の何れにも適用され得る。
【００２０】
一実施形態において、前記モード間の切替は、印加される電場の強度、方向及び印加位置のうちの少なくとも１つが変わることによりなされる。
【００２１】
一実施形態において、直流電場及び交流電場を順次又は同時に混合して印加する。
【００２２】
一実施形態において、前記電極は大電極と局部電極とに分割されて電気的に分離されている。
【００２３】
一実施形態において、前記粒子の位置を調節するために、同一符号の電荷に帯電された粒子を用いる。
【００２４】
一実施形態において、前記粒子の位置を調節するために、溶媒と誘電率が異なる粒子を用い、不均一な電場を前記表示部に印加する。
【００２５】
一実施形態において、光の透過度を調節するために、前記粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節される。
【００２６】
一実施形態において、光の透過度を調節するために、同一符号の電荷に帯電された粒子を用い、前記電場を表示部に局部的に印加して電気泳動（electrophoresis）により前記粒子が局部的に移動する。
【００２７】
一実施形態において、光の透過度を調節するために、溶媒と異なる誘電率を有する粒子を用い、不均一な電場を前記表示部に印加する。
【００２８】
一実施形態において、電気粘性（electrorheology）により前記粒子が前記電場の方向と平行な方向に配列されて透過度が調節される。
【００２９】
一実施形態において、前記粒子、溶媒及び溶液のうちの少なくとも１つは、可変電気分極（variable electrical polarization）特性−印加された電場が変化することによって誘発される電気分極量が変わる−を有する。
【００３０】
一実施形態において、前記粒子、前記溶媒、前記溶液のうちの少なくとも１つは、電子分極、イオン分極、界面分極及び回転分極のうちの何れか１つにより電気分極される物質を含む。
【００３１】
一実施形態において、前記溶媒は、分極指数が１以上の物質を含む。
【００３２】
一実施形態において、前記溶媒は、炭酸プロピレン（Propylene Carbonate）を含む。
【００３３】
一実施形態において、前記粒子は、強誘電体又は超常誘電体物質を含む。
【００３４】
一実施形態において、前記粒子は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅのうちの少なくとも１つの元素を含む無機化合物や炭素（Carbon）を含む有機化合物である。
【００３５】
一実施形態によって、前記粒子は同一符号の電荷を有し、前記電場が印加されることによって、電場の強度に比例して粒子に作用する電気泳動力と、前記可変電気分極特性により粒子間に作用する静電気的引力と、同一符号の電荷を有する粒子間に作用する静電気的反発力が相互作用して前記粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになり、前記粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになることによって、前記複数の粒子から特定波長の光が反射される。
【００３６】
一実施形態によって、前記粒子は互いに立体障害効果（steric effect）を示し、前記電場が印加されることによって、前記可変電気分極特性により粒子間に作用する静電気的引力と、前記粒子間に作用する立体障害反発力が相互作用して前記粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになり、前記粒子間の間隔が前記特定の範囲に到達するようになることによって、前記複数の粒子から特定波長の光が反射される。
【００３７】
一実施形態において、前記電場を印加すれば、前記粒子は、溶媒内で３次元的に短範囲規則度（short range ordering）を有しながら、配列する。
【００３８】
一実施形態において、前記電場の強度が増加するほど、前記粒子から反射される光の波長が短くなる。
【００３９】
一実施形態において、前記粒子から反射される光の可能な波長範囲は、赤外線、可視光線及び紫外線帯域を含む。
【００４０】
一実施形態において、前記粒子、前記溶媒及び前記電極のうちの少なくとも１つは、顔料及び、染料及び構造色を有する物質のうちの少なくとも１つの成分を含む。
【００４１】
一実施形態において、複数の画素のそれぞれに電場を独立して印加し、前記複数の画素のそれぞれが独立して駆動されるようにする。
【００４２】
一実施形態において、前記粒子及び前記溶媒は、光透過性物質によってカプセル化されるか、絶縁性物質によって区画化される。
【００４３】
一実施形態において、前記粒子及び前記溶媒は、光透過性物質からなる媒質内に散在する。
【００４４】
一実施形態において、前記溶液はゲル（Gel）形態である。
【００４５】
一実施形態において、前記溶液は、電場を印加して特定のカラー又は透過度を表示した後に前記電場を除去しても、所定時間前記特定のカラー又は透過度を維持する。
【００４６】
一実施形態において、その内で前記モード間の切替がなされる単一画素を複数垂直に積層させ、各積層された単一画素内で前記モードが独立して実現される。
【００４７】
一実施形態において、その内で前記モード間の切替がなされる単一画素を複数水平に配列させ、各配列された単一画素内で前記モードが独立して実現される。
【００４８】
一実施形態において、前記粒子又は前記溶媒に前記電場を印加した後に前記電場と反対方向の電場を印加して前記粒子の間隔、位置又は配列を初期化（reset）する。
【００４９】
一実施形態において、前記電場を印加する前に前記粒子の間隔、位置又は配列を予め設定された間隔、位置又は配列に維持するために待機（standby）電場を印加する。
【００５０】
一実施形態において、前記表示部にキャパシタが接続されて電圧が印加されれば、前記キャパシタに電荷が充電されるようにし、前記表示部に印加される電圧が遮断されれば、前記キャパシタに充電された電荷を用いて前記表示部に電圧を印加する。
【００５１】
一実施形態において、表示面積、表示時間及び光透過度のうちの少なくとも１つを調節することで、表示されるカラーの明度又は彩度を制御する。
【００５２】
一実施形態において、互いに異なる符号の電荷を有する第１及び第２粒子に電場を印加して前記第１粒子の間隔、位置又は配列と前記第２粒子の間隔、位置又は配列が互いに独立して制御される。
【００５３】
一実施形態において、前記粒子及び前記溶媒に入射される光を用いてエネルギーを発生させ、前記発生したエネルギーを用いて前記電場を印加する。
【００５４】
一実施形態において、発光型表示手段を用いて前記モードを実現するか、発光型表示手段を前記モードと組み合わせて用いる。
【００５５】
一実施形態において、前記粒子、前記溶媒又は前記電極から反射されるか、前記粒子、前記溶媒又は前記電極を透過する光が前記電極に結合されているカラーフィルタを通過して表示されるようにする。
【００５６】
一実施形態において、前記粒子及び前記電極は、それぞれ白色及び黒色であるか、それぞれ黒色及び白色である。
【００５７】
一実施形態において、前記粒子の間隔を制御することによって反射される光の波長を調節するモードは、前記粒子の配列を制御することによって光の透過度を調節するモードよりもその印加される電圧の大きさが小さい。
【００５８】
一実施形態において、印加される電圧が大きくなるほど、可変電気分極特性による粒子間の引力が粒子間の反発力よりも反発力を無視する程度に大きくなる。
【００５９】
一実施形態において、前記粒子の配列を制御することによって光の透過度を調節するモードでは、前記可変電気分極特性による粒子間の引力が粒子間の反発力よりも大きくなる。
【００６０】
一実施形態において、透過度調節モードで、透過度が連続的に又はアナログ方式で変化され得る。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によれば、多様な色又は連続的な色及び／又は透過度が同一の単一画素内で簡単な構造で実現され得るという効果を奏する。
【００６２】
本発明によれば、多様な色、透過度、彩度及び／又は明度が簡単な構造で調節され得る。
【００６３】
本発明によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの混色による色（hue）実現ではなく、連続的な波長の光を反射させることで、連続的な波長の色を実現できる。
【００６４】
本発明に係る表示方法によれば、大型面積表示、簡単な表示方法、連続的な色実現、フレキシブルな表示領域での使用、低電力消費の表示を同時に満たすことができる。
【００６５】
本発明によれば、視野角（viewing angle）特性及び反応速度（response time）に優れた表示方法及び装置が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
本発明の前述した長所、特徴及び目的と更なる長所、特徴及び目的は、次の発明の詳細な説明を以下の添付する図面を参照して説明すれば、明らかになる。
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係る表示装置に含まれる粒子の構成を例示的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る表示装置に含まれる粒子の構成を例示的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によって電場が印加されることによって、粒子又は溶媒が分極される構成を例示的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によって分子の非対称的な配置による単位分極特性を例示的に示す図である。
【図５】常誘電体、強誘電体及び超常誘電体の履歴曲線を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る粒子又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例示的に示す図である。
【図７】本発明に係る表示装置の第１モードの第１実施形態によって粒子の間隔を制御する構成を概念的に示す図である。
【図８】本発明に係る表示装置の第１モードの第２実施形態によって粒子の間隔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係る表示装置の第１モードの第１及び第２実施形態に係る表示装置の構成をそれぞれ概念的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る表示装置の第１モードの第１及び第２実施形態に係る表示装置の構成をそれぞれ概念的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態によって第１モードの構成を例示的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る表示装置の第２モードの構成を例示的に示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る表示装置の第２モードの構成を例示的に示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る表示装置の第３モードの構成を例示的に示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態によって第１及び第２モードを選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態によって第１及び第３モードを選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態によって第２及び第３モードを選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態によって第１、第２及び第３モードを選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態によって複数の電極により駆動される表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態によって表示装置に含まれる粒子及び溶媒を複数のカプセルにカプセル化する構成を例示的に示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態によって表示装置に含まれる粒子及び溶媒を媒質内に散在させる構成を例示的に示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態によって光透過性媒質でカプセル化された溶液の構成を例示的に示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態によって媒質内に散在する粒子及び溶媒の構成を例示的に示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態によって表示装置に含まれる粒子及び溶媒を複数のセルに区画化する構成を例示的に示す図である。
【図２５】本発明の一実施形態によって表示装置が互いに垂直方向又は水平方向に結合される構成を例示的に示す図である。
【図２６】本発明の一実施形態によって表示装置が互いに垂直方向又は水平方向に結合される構成を例示的に示す図である。
【図２７】本発明の一実施形態によって表示装置に印加される電圧のパターンを例示的に示す図である。
【図２８】本発明の一実施形態によって表示装置に印加される電圧のパターンを例示的に示す図である。
【図２９】本発明の一実施形態によって表示装置に印加される電圧のパターンを例示的に示す図である。
【図３０】本発明の一実施形態によって表示装置の複数の電極に連結される回路構成を例示的に示す図である。
【図３１】本発明の一実施形態によって粒子から反射される光の表示面積を調節する構成を例示的に示す図である。
【図３２】本発明の一実施形態によって粒子から反射される光の表示時間を調節する構成を例示的に示す図である。
【図３３】本発明の一実施形態によって光調節層を用いて明度を調節する構成を例示的に示す図である。
【図３４】本発明の一実施形態によって光透過度を調節する光調節層の構成を例示的に示す図である。
【図３５】本発明の一実施形態によって光透過度を調節する光調節層の構成を例示的に示す図である。
【図３６】本発明の一実施形態によって光遮断率を調節する光調節層の構成を例示的に示す図である。
【図３７】本発明の一実施形態によって互いに異なる電荷を有する粒子を用いて光結晶性ディスプレイを実現する表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図３８】本発明の一実施形態によって電極をなす電極をパターニングする構成を例示的に示す図である。
【図３９】本発明の一実施形態によって電極をなす電極をパターニングする構成を例示的に示す図である。
【図４０】本発明の一実施形態によって電極をなす電極をパターニングする構成を例示的に示す図である。
【図４１】本発明の一実施形態に係る表示装置がスペーサを含む構成を例示的に示す図である。
【図４２】本発明の一実施形態によって太陽電池部を含む表示装置の構成を例示的に示す図である。
【図４３】本発明に係る表示装置を発光型表示装置と結合させた構成を例示的に示す図である。
【図４４】本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を電気分極特性を有する溶媒に分散させた状態で電場を印加して粒子の間隔を調節することで、粒子からなる光結晶から反射される光の波長を制御する第１モードを実現した実験結果をグラフ及び写真で示す図である。
【図４５】本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を電気分極特性を有する溶媒に分散させた状態で電場を印加して粒子の間隔を調節することで、粒子からなる光結晶から反射される光の波長を制御する第１モードを実現した実験結果をグラフ及び写真で示す図である。
【図４６】本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を電気分極特性を有する溶媒に分散させた状態で電場を印加して粒子の間隔を調節することで、粒子からなる光結晶から反射される光の波長を制御する第１モードを実現した実験結果をグラフ及び写真で示す図である。
【図４７】本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を互いに異なる極性指数を有する多様な溶媒に分散させた状態で電場を印加して第１モードを実現する実験を行った結果、粒子から反射される光の波長をグラフとして示す図である。
【図４８】本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を互いに異なる極性指数を有する多様な溶媒に分散させた状態で電場を印加して第１モードを実現する実験を行った結果、粒子から反射される光の波長をグラフとして示す図である。
【図４９】本発明の一実施形態によって電荷を有し、電気分極特性を有する粒子を溶媒に分散させた状態で電場を印加して第１モードを実現する実験を行った結果、粒子から反射される光をグラフ及び写真として示す図である。
【図５０】本発明の一実施形態によって電荷を有し、電気分極特性を有する粒子を溶媒に分散させた状態で電場を印加して第１モードを実現する実験を行った結果、粒子から反射される光をグラフ及び写真として示す図である。
【図５１】本発明の一実施形態に係る表示装置の観察角に対する依存度（即ち、表示装置の視野角）に対する実験を行った結果を示す図である。
【図５２】本発明の一実施形態によって第１及び第２モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５３】本発明の一実施形態によって第１及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５４】本発明の一実施形態によって第１及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５５Ａ】本発明の一実施形態によって第２及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５５Ｂ】本発明の一実施形態によって第２及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５５Ｃ】本発明の一実施形態によって第２及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５６】本発明の一実施形態によって第２及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。
【図５７】第２モード間におけるモード切替構成の一実施形態を示している。
【図５８】第３モード間におけるモード切替構成の一実施形態を示している。
【図５９】モード実現及びあらゆる切替実現のための波長、印加電圧及び反射度間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
後述する本発明に関する詳細な説明は、本発明が実施され得る特定の実施形態を例として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるのに十分なように詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要はないことが理解されるべきである。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は一実施形態と関連して本発明の精神及び範囲から逸脱せず、他の実施形態で実現され得る。また、それぞれの開示された実施形態内の個別の構成要素の位置又は配置は、本発明の精神及び範囲から逸脱せず、変更され得ることが理解されるべきである。本明細書全般に亘って用いられる表現である「一実施形態によって」又は「一実施形態において」が登場すれば、これは特定の一実施形態で記述された形状、構造、特性、方式、構成などが必ずしも全ての実施形態でも同一に適用されることを意味せず、また特定の実施形態で記述された形状、構造、特性、方式、構成などがこの特定の実施形態にのみ適用されることを意味するわけでもない。更に、特定の実施形態で用いられる形状、構造、特徴部、特性、構成などは、他の実施形態と互いに結合され得る。
【００６９】
また、本明細書で用いられる名詞の単数型は、複数型の存在を排除しない。また、本明細書で用いられる用語である「含む」及び「有する」及び「備える」及びこれらの活用語は、記述された構成要素又は段階以外の構成要素又は段階の存在を排除しない。また、本明細書で用いられるプロセスの段階の順序は、本明細書で記述された通りにのみ限定されるものではなく、他の順序も可能である。本明細書で用いられる序数である「第１、第２、第３」などは、構成要素又はモード又は段階を相互間で区別するだけであって、いかなる順序上の意味も与えず、また特定のモードは、第１モード、第２モード又は第３モードとも指称され得る。仮に、本明細書において、第１モードは光結晶反射モードを示すが、請求の範囲では第１モードは光結晶反射モード以外の他のモードになり得る。また、本明細書において、第２モードは、固有色反射モードを示し得るが、請求の範囲では固有色反射モード以外の他のモードになり得る。これはまた第３モードに対しても適用される。即ち、本発明を体系的に説明するために、第１モードを光結晶反射モード、第２モードを固有色反射モード、第３モードを透過度調節モードにし、本明細書で各モードを説明しているが、本発明は、このような説明方式にのみ限定されない。
【００７０】
従って、後述する詳細な説明は、限定的な意味として捉えようとするものではなく、本発明の範囲は、適切に説明されるのであれば、それらの請求項が主張するものと均等なあらゆる範囲と共に添付された請求項によってのみ限定される。図面における類似する参照符号は、多様な側面に亘って同一又は類似の機能を示す。
【００７１】
以下、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするために、添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００７２】
表示装置の構成
【００７３】
本発明の一実施形態に係る表示装置は、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度、方向、印加時間、印加回数、印加領域のうちの少なくとも１つを調節して粒子の間隔、位置及び配列のうちの少なくとも１つを制御することで、粒子で構成される光結晶から反射される光のカラーを表示する第１モード（光結晶反射モード）、粒子、溶媒、電極などの固有のカラー又は粒子の散乱による溶液のカラーを表示する第２モード（固有色反射モード）及び透過度が制御された光のカラーを表示する（即ち、光の透過度を制御する）第３モード（透過度調節モード）のうちの少なくとも２つのモードを表示装置の表示領域又は表示部の同一の単一画素（unit pixel）内で互いに切替可能に選択的に実現できる。以下の説明からも分かるように、単一画素とは、独立して制御され得る最小の表示単位のことをいう。即ち、既存のディスプレイ方式では、赤色のセル、緑色のセル、青色のセルが１つの単一画素を形成できるが、これはＲ、Ｇ、Ｂカラーの混色によって色を実現する方式における、仮に３つのセルが１つの単一画素を形成するが、本技術では、１つの単一セル又は単一画素が独立して制御されて連続的な色を実現できるので、本明細書における単一画素とは、既存の方式とは異なり、独立して制御され得る最小の表示単位又は表示領域又は表示部を意味することに注目する必要がある。
【００７４】
粒子及び溶媒の構成
【００７５】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る表示装置に含まれる粒子の構成を例示的に示す図である。
【００７６】
まず、図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る粒子１１０は、溶媒１２０に分散されて溶液状態で存在し得る。本発明の一実施形態によれば、粒子１１０は、正電荷又は負電荷を有し得る。従って、粒子１１０に電場が印加される場合、粒子１１０の有する電荷と電場により発生する電気的引力によって粒子１１０が移動（即ち、電気泳動）し得る。また、複数の粒子１１０が同一符号の電荷を有する場合には、同一符号の電荷による相互間の電気的斥力（クーロン反発力）によって複数の粒子１１０が互いに接触せず、所定の間隔を維持した状態で配列され得る。また、本発明の一実施形態によれば、粒子１１０は、高分子鎖形態などでコーティングされ、粒子間高分子鎖の無秩序な運動などによる立体障害効果が存在し得る。従って、粒子間の立体障害効果によって複数の粒子１１０が互いに接触せず、所定の間隔を維持した状態で配列され得る。
【００７７】
図２を参照すれば、本発明の一実施形態に係る粒子１１０は、図２の（ａ）のように、異種の物質からなるコア−シェル（core-shell）１１２形態で構成されてもよく、図２の（ｂ）のように、異種の物質からなるマルチ−コア（multi-core）１１４形態で構成されてもよく、図２の（ｃ）のように、複数のナノ粒子からなるクラスタ１１６で構成されてもよく、前述した電荷を有する電荷層１１８又は立体障害効果を示す層１１８がそれらの粒子を覆う構造で構成されてもよい。本発明に係る粒子は、前記構造に限定されず、コア粒子に異種物質を浸透或いは担持させた構造、ラズベリー（raspberry）構造などのように、多様な粒子及び形態を利用でき、逆光結晶構造のように、空孔（cavity）構造も使用できる。
【００７８】
より具体的に、本発明の一実施形態に係る粒子１１０は、シリコン（Ｓｉ）、チタニウム（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）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの元素やこれらを含む酸化物、窒化物などの化合物からなり得る。また、本発明の一実施形態に係る粒子１１０は、スチレン、ピリジン、ピロール、アニリン、ピロリドン、アクリレート、ウレタン、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、ビニルアルコール、エチレングリコール、エトキシアクリレートのうちの少なくとも１つの単位体を含む有機高分子又はＰＳ（polystyrene）、ＰＥ（polyethylene）、ＰＰ（polypropylene）、ＰＶＣ（polyvinyl chloride）、ＰＥＴ（polyethylen terephthalate）などの高分子物質からなり得る。
【００７９】
また、本発明の一実施形態に係る粒子１１０は、電荷を有さない粒子或いはクラスタ（cluster）に電荷を有する物質がコーティングされた形態として構成されてもよい。例えば、炭化水素基を有する有機化合物によって表面が加工（或いはコーティング）された粒子、カルボン酸（carboxylic acid）基、エステル（ester）基、アシル（acyl）基を有する有機化合物によって表面が加工（或いはコーティング）された粒子、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、アミン（amine）、チオール（thiol）、ホスフィン（phosphine）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、表面にラジカルを形成することによって電荷を有する粒子がこれに該当し得る。このように、粒子１１０の表面をシリカ、高分子、高分子モノマーなどの物質でコーティングすることで、粒子１１０が溶媒１２０内で高い分散性と安定性を有するようにできる。
【００８０】
一方、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く、外部電場により粒子が一定間隔で配列されるとき、ブラッグの法則（Bragg's law）により粒子の屈折率及び溶媒の屈折率と連係して可視光領域の光結晶波長帯が含まれ得る粒子サイズに設定できる。
【００８１】
一方、本発明の一実施形態によれば、粒子１１０は、特定波長の光を反射させることができるように、即ち、固有のカラーを有するように構成され得る。より具体的に、本発明の一実施形態に係る粒子１１０は、酸化数の調節又は無機顔料、顔料などのコーティングを通じて特定のカラーを有するようになり得る。例えば、本発明に係る粒子１１０にコーティングされる無機顔料としては、発色団を含むＺｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ａｌなどが酸化物、硫化物、硫酸塩の形態で使用され得、本発明に係る粒子１１０にコーティングされる染料としては、蛍光染料、酸性染料、塩基性染料、媒染染料、硫化染料、建染染料、分散染料、反応性染料などが使用され得る。また、本発明の一実施形態によれば、粒子１１０は、特定のカラーを表示できるように、特定の構造色（structural color）を有する物質でもあり得る。例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、チタニウム酸化物（ＴｉＯｘ）などの粒子が屈折率の異なる媒体に一定間隔で均一に配列された形態で構成され、特定波長の光を反射させる物質であり得る。
【００８２】
また、本発明の一実施形態によれば、溶媒１２０も特定波長の光を反射させることができるように、即ち、固有のカラーを有するように構成され得る。より具体的に、本発明に係る溶媒１２０は、無機顔料、染料を有する物質を含むか、光結晶による構造色を有する物質を含むことができる。
【００８３】
更に、本発明の一実施形態によれば、前記粒子又は溶媒に蛍光物質、燐光物質、発光物質などが少なくとも１つ含まれ、本発明の効果を最大化させることができる。
本発明の一実施形態によれば、溶媒１２０は、粒子１１０が溶媒１２０内に均一に分散されてコロイド安定性を確保するために、粒子１１０が溶媒１２０内で安定して分散されるように、分散剤などの添加剤を溶媒に添加するか、あるいは粒子１１０と溶媒１２０の比重差が既に設定された値以下であり得、溶媒１２０の粘度が既に設定された値以上であり得、粒子１１０と溶媒１２０からなるコロイド溶液の界面動電位（electrokinetic potential）（即ち、ゼータ電位）の値が既に設定された値以上に高くなり得る。
【００８４】
また、本発明の一実施形態によれば、電場の印加時に、粒子１１０が溶媒１２０内で所定の配列を通じて発生する可視光領域の反射光の強度を大きくするために、溶媒１２０と粒子１１０の屈折率差が既に設定された値以上であり得、粒子１１０の大きさは、ブラッグの法則により粒子の屈折率及び溶媒の屈折率と連係して可視光領域の光結晶波長帯が含まれ得る粒子サイズに設定できる。
【００８５】
例えば、コロイド溶液の界面動電位の絶対値は１０ｍＶ以上であることができ、粒子１１０と溶媒１２０の比重差は５以下であることができ、粒子１１０と溶媒１２０の屈折率差は０．３以上であり、粒子の大きさは１００ｎｍ〜５００ｎｍの間であることができるが、これに限定されるものではない。
【００８６】
粒子間引力：電気分極特性
【００８７】
また、本発明の一実施形態によれば、表示装置に含まれる粒子が分散された溶媒を含む溶液は、可変電気分極（variable electrical polarization）特性−電場が印加されれば、電気分極量が変化する−を有し得るが、このような溶液の電気分極特性は、溶液を構成している粒子又は溶媒のうちの少なくとも１つが電気分極特性を示すか、溶液内で粒子と溶媒の相互作用により電気分極特性が示され得る。また、電気分極特性を示す溶液（粒子及び溶媒で構成）は、原子或い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り、電子分極、イオン分極、界面分極及び回転分極のうちの何れか１つにより電気分極される物質を含むことができる。
【００８８】
従って、本発明の一実施形態に係る粒子又は溶媒又はこれらで構成された溶液のうちの少なくとも１つは、電場が印加されれば、電気分極が誘発され得、印加される電場の強度又は方向が変わることによって、前記誘発された電気分極量が変わり得る。このように電場が変わることにより、電気分極量が変わる特性を可変電気分極特性と言える。本発明において、電場が印加された際に誘発される電気分極量が大きければ大きいほど、有利であるが、その理由は、電場を印加するにつれて、粒子、溶媒、溶液のうちの少なくとも１つの電気分極により粒子間の相互作用力がより大きく作用し、粒子間の間隔を更に均一に配列できるためである。
【００８９】
図３は、本発明の一実施形態によって電場が印加されることによって、粒子又は溶媒が分極される構成を例示的に示す図である。
【００９０】
図３の（ａ）及び（ｂ）を参照すれば、外部電場が印加されない場合に、粒子又は溶媒が電気的平衡状態を維持し、電気分極特性を示さないが、外部電場が印加される場合には、粒子又は溶媒内の電荷が所定方向に移動することによって分極が誘発され、粒子又は溶媒が分極され得る。図３の（ｃ）及び（ｄ）は、粒子又は溶媒を構成する電気的に非対称的な構成要素によって単位分極（unit polarization）が生成される場合であって、電場を印加しない場合には、前記単位分極が無秩序に配列されて全体電気分極は現れないか、小さな値を示すが、外部から電場が印加される場合には、単位分極を有する粒子又は溶媒が外部電場の方向によって所定の方向に再配列され得るため、全体として、単位分極がない状態で電場を印加する図３の（ｂ）の場合に比べて、相対的に大きな電気分極値（polarization value）を示すことができる。本発明の一実施形態によれば、図３（ｃ）及び（ｄ）に表示された単位分極は、電子又はイオンの非対称的な配置や分子の非対称的な構造で発生し得、このような単位分極によって外部電場が印加されない場合にも、微細な残留分極値（remnant polarization value）が示され得る。
【００９１】
図４は、本発明の一実施形態によって分子の非対称的な配置による単位分極特性を例示的に示す図である。より具体的に、図４は、水分子（Ｈ２Ｏ）の場合を例示的に示すものであって、水分子以外に、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、炭酸プロピレン、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より単位分極特性が現れ得るため、本発明に係る粒子又は溶媒を構成する物質として採用され得る。参考までに、物質の分極特性を比較するために用いられる極性指数（polarity index）は、水（Ｈ２Ｏ）の分極特性に対比して該当物質の相対的な分極の程度を示す指標であり得、本発明の一実施形態によれば、溶媒は、極性指数が１以上の物質を含むことができる。
【００９２】
また、本発明の一実施形態に係る粒子又は溶媒は、外部電場が印加されることによって、イオン又は原子の電気分極が追加で誘発され、分極量が大きく増加し、外部電場が印加されない場合にも、残留分極量が存在し、電場の印加方向によって履歴（hysteresis）が残る強誘電性（ferroelectric）物質を含むことができ、外部電場が印加されることによって、イオン又は原子分極が追加で誘発され、分極量が大きく増加するが、外部電場が印加されない場合には、残留分極量と履歴が残っていない超常誘電性（superparaelectric）物質を含むことができる。図５を参照すれば、常誘電性物質５１０、強誘電性物質５２０及び超常誘電性物質５３０の外部電場による履歴曲線を確認することができる。
【００９３】
更に、本発明の一実施形態に係る粒子又は溶媒は、ペロブスカイト（perovskite）構造を有する物質を含むことができるが、ＡＢＯ３のようなペロブスカイト構造を有する物質として、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３などの物質がその例として挙げられる。
【００９４】
図６は、本発明の一実施形態に係る粒子又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例示的に示す図である。図６を参照すれば、ＰｂＺｒＯ３（又はＰｂＴｉＯ３）に印加される外部電場の方向によってＰｂＺｒＯ３（又はＰｂＴｉＯ３）内でのＺｒ（又はＴｉ）（即ち、ＡＢＯ３構造でのＢ）の位置が変わり得、これによってＰｂＺｒＯ３（又はＰｂＴｉＯ３）全体の極性が変わり得る。従って、原子或いはイオンの移動により非対称的な電子分布が形成され、単位分極が形成され得、このような単位分極が存在すれば、電子分極のみ存在する場合に比べて、外部電場の印加時に更に大きな可変電気分極値を誘発させることができる。
【００９５】
また、本発明の一実施形態によれば、本発明の反射光調節及び透過度調節効果は、粒子間配列がよくなされればなされるほど、最大化し得るため、微細粒子が不導体流体に分散されて電気流変（ＥＲ：Electro-Rheology）特性を示す流体又は更に不導体がコーティングされた強誘電体粒子のように極大電気流変（ＧＥＲ：Giant Electro-Rheology）を示す流体を利用することで、本発明の効果を最大化できる。
【００９６】
更に、電気分極の様相を説明すると、第１実施例として電場が印加されなければ、前記溶媒の各分子及び各粒子のうちの少なくとも１つは、いかなる電気分極量も有さないが、電場が印加されれば、前記溶媒の各分子及び各粒子のうちの少なくとも１つは電気的に分極され、これにより、前記複数の粒子の電気分極量全体及び前記溶媒の電気分極量全体のうちの少なくとも１つは増加するようになり得る。第２実施例では、電場が印加されなくても、前記溶媒の各分子及び各粒子のうちの少なくとも１つは、電気的に分極されているが、前記溶媒の電気分極量全体及び前記複数の粒子の電気分極量全体のうちの少なくとも１つはゼロになり、電場が印加されれば、前記複数の粒子の電気分極量全体及び前記溶媒の電気分極量全体のうちの少なくとも１つは、増加するようになり得る。第３実施例として、電場が印加されなくても、前記溶媒の各分子及び各粒子のうちの少なくとも１つは、電気的に分極されており、前記溶媒の電気分極量全体及び前記複数の粒子の電気分極量全体のうちの少なくとも１つは、ゼロでない第１値を有し、電場が印加されれば、前記複数の粒子の電気分極量全体及び前記溶媒の電気分極量全体のうちの少なくとも１つは、前記第１値よりも大きい第２値になり得る。
【００９７】
粒子間反発力：クーロン効果又は立体障害効果
【００９８】
本発明の一実施形態によれば、表示装置に含まれる粒子表面は、同一符号の電荷に帯電され、粒子によりクーロン反発力が形成されるか、粒子表面に高分子鎖構造、官能基（functional group）、添加剤（surfactant）などを用いて立体構造物などを形成させて立体障害反発力（steric hindrance repulsion）が形成され得る。
【００９９】
また、本発明の一実施形態によれば、粒子間反発力を最大化するために、前記同一符号の電荷に帯電され、立体構造物の形態で粒子をコーティングして前記コーロン反発力と立体障害反発力を同時に誘発させることもできる。
【０１００】
更に、本発明の一実施形態によれば、粒子は電気分極される物質を含み、粒子表面処理を通じて粒子間の立体障害反発力はあるが、帯電された電荷が弱いため、電気泳動効果は最小化するように構成することによって、前記粒子或いは溶液は、外部電場により電気分極量が変化し、粒子間の局部的引力（short range attraction）が効果的に発生し、粒子表面処理を通じて形成された立体構造物により粒子間で局部的に立体障害反発力（short range steric hindrance repulsion）は効果的に発生するが、外部電場による長距離電気泳動力（long range electophoretic force）により帯電された粒子が電極に偏る現象を最小化できる。即ち、粒子表面に電荷が処理されず、外部電場によって何れか１つの電極側に電気泳動する現象が最小化され得る。このように立体障害反発力を与えるために、有機リガンド（organic ligand）を粒子表面に処理できる。また、本発明の一実施形態によれば、帯電された粒子を使用する際に、前記電気泳動により帯電された粒子が電極に偏る現象を防止するために、直流電圧ではない交流電圧を組み合わせて使用することもできる。
【０１０１】
但し、本発明に係る粒子及び溶媒の構成が必ずしも前記列挙したものに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内で、即ち、電場によって粒子の間隔が制御され得る範囲内で適切に変更され得ることを明確にしておく。
【０１０２】
仮に、本発明の効果を最大化するためには、粒子と粒子が分散された溶液の屈折率差を大きくし、電圧を印加しない場合には、乱反射（散乱）を最大化させて不透明度を高め、電圧を印加して構造色を発現させる際には、構造色の反射度（reflectance）を大きくすることができる。一般に、流体の屈折率は、種類によって大きな差がないため、粒子の屈折率を最大化する方法が効果的であり、互いに異なる物質が２種類以上結合されている、コア／シェル（core/shell）或いはラズベリー（raspberry）構造などに製作することで、前述した屈折率効果と反発力効果を同時に最大化できる。
【０１０３】
第１モード（光結晶反射モード）の動作原理及び構成
【０１０４】
本発明の一実施形態に係る表示装置は、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度、方向、印加回数、印加時間のうちの少なくとも１つを調節して粒子の間隔を制御することで、粒子構造（即ち、複数の粒子が所定の間隔を維持することによって形成される光結晶）から反射される光のカラーが可変的に表示されるようにする第１モードを行える。以下では、本発明の一実施形態に係る表示装置の第１モードの動作原理及び構成について詳細に説明する。本明細書及び請求の範囲において、時折、第１モードは、光結晶反射モード（photonic crystal reflection mode）と指称され得る。一方、本明細書において全般的に、反射モード（光結晶反射モード及び固有色反射モード（後述するはずであり、第２モードに対応する））でもやはり透過される光が存在し得る。しかしながら、本発明の実施形態において、このような反射モードで支配的に発生する、反射される光を用いるため、透過される光の使用に対しては無視できる。また、後述する第３モードである透過度調節モードで１次的に支配的に発生するのは透過される光であるので、この場合にも、やはり１次的に反射される光の使用に対しては無視することにする。即ち、本明細書において、該当モードで支配的に（predominantly）発生する光を用いることが自明である。また、前述したように、請求の範囲においては、第１モードは光結晶反射モードではない他のモードになり得、これは単に体系的な説明のためのものに過ぎず、本発明はこれに限定されてはならない。
【０１０５】
まず、本発明に係る表示装置の第１モードの一実施形態によれば、同一符号の電荷を有する複数の粒子が電気分極特性を有する溶媒に分散された状態で粒子及び溶媒に電場が印加される場合、粒子が有する電荷によって複数の粒子には、電場の強度と粒子の電荷量に比例する電気的な力が作用するようになり、これにより、複数の粒子は電気泳動されて所定方向に移動しながら、粒子の間隔が狭くなる。一方、これとは反対に、粒子の間隔が狭くなることによって、互いに同一符号の電荷を有する複数の粒子間で発生する電気的斥力は増加するようになるので、粒子の間隔が継続して狭くはならず、所定のバランスが取れるようになり、これにより複数の粒子は、所定の間隔を置いて規則的に配列され得る。また、溶媒の有する電気分極特性によって電荷に帯電された粒子周囲の溶媒は、電気分極され、互いに影響力を及ぼすようになり、外部電場の印加時には、外部電場の方向に溶媒の電気分極が配列され、これによって局部的に溶媒の電気分極と相互連係している電荷に帯電された粒子も外部電場の方向に配列され得る。即ち、単位分極された溶媒は、外部から印加される電場及び周辺の粒子が有する電荷によって所定の方向に配列され、これにより粒子を中心として局部的に形成される分極領域が形成され、複数の粒子が所定の間隔を維持した状態で更に規則的、且つ、安定的に配列され得る。本発明に係る表示装置の第１モードの第１実施形態によれば、外部電場による電気的な力（電気泳動力）、互いに同一符号の電荷を有する粒子間の電気的な力（クーロン反発力）及び分極による電気的な力（クーロン引力）などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子が規則的に配列され得る。前記のような原理によって、粒子の間隔が所定の間隔で制御され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子は、光結晶としての機能を行えるようになる。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、粒子の間隔により決定されるため、外部電場の調節を通じて粒子の間隔を制御することで、複数の粒子から反射される光の波長を任意に制御できるようになる。ここで、反射される光の波長のパターンは、電場の強度及び方向、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、溶媒或いは粒子の電気分極特性、溶媒内の分散された粒子の濃度などの要因によって多様に示され得る。
【０１０６】
図７は、本発明に係る表示装置の第１モードの一実施形態によって粒子の間隔を制御する構成を概念的に示す図である。図７を参照すれば、外部電場が印加されない場合に、電荷を有する粒子７２０周辺の単位分極された溶媒７１０が粒子の電荷と相互作用して粒子方向に強く配列され、粒子からの距離が遠ざかることによって、単位分極された溶媒７１０が次第に無秩序に配列され得る（図７の（ａ）参照）。また、図７を参照すれば、外部電場が印加される場合には、粒子７２０の有する電荷の影響力が及ばない領域（即ち、粒子７２０から遠く離れた領域）に位置する単位分極された溶媒７１０が電場の方向に再配列され、再配列された溶媒の影響により帯電された粒子７２０が再配列され得る。即ち、電荷に帯電された粒子による電気的引力が強く作用する領域（即ち、粒子７２０と近接する領域）に位置する単位分極された溶媒７１０は、粒子７２０が有する電荷による電気的引力によって単位分極の正極或いは負極が粒子７２０に向かう方向に配列され得、このように粒子７２０の周辺領域の単位分極溶媒７１０が粒子７２０に向かう方向に配列されている領域、即ち、分極領域７３０は、まるで電気分極された１つの大きな粒子のように作用して周辺の他の分極領域と相互作用でき、これにより、電荷を有する粒子７２０が所定の間隔を維持した状態で規則的に配列され得る（図７の（ｂ）参照）。図７は、残留分極を有する溶媒で示したが、残留分極がない状態でも電場が印加されることにより、電気分極が誘発される特性を有する溶媒にも同様に適用され得る。
【０１０７】
次に、本発明に係る表示装置の第１モードの一実施形態によれば、同一符号の電荷を有し、電気分極特性を有する複数の粒子が溶媒内に分散された状態で粒子及び溶媒に電場が印加される場合、粒子が有する電荷によって複数の粒子には、電場の強度と粒子の電荷量に比例する電気的な力が作用するようになり、これにより複数の粒子は、電気泳動されて所定方向に移動しながら、粒子の間隔が狭くなる。一方、これとは反対に、粒子の間隔が狭くなることによって、互いに同一符号の電荷を有する複数の粒子間で発生する電気的斥力は増加するようになるので、粒子の間隔が継続して狭くはならず、所定のバランスが取れるようになり、これにより複数の粒子は、所定の間隔を置いて規則的に配列され得る。また、電気分極特性を示す粒子は、電場により分極が誘発され、電場の方向に分極され、このように分極された複数の粒子間には、電気的引力が局部的に発生するようになり、複数の粒子が所定の間隔を維持した状態で更に規則的、且つ、安定的に配列され得る。即ち、本発明に係る表示装置の前記実施形態によれば、外部電場による電気的引力（電気泳動力）、互いに同一符号の電荷を有する粒子間の電気的斥力（クーロン反発力）及び分極による電気的引力（クーロン引力）が平衡をなす距離を置いて複数の粒子が規則的に配列され得る。前記のような原理によって、粒子の間隔が所定の間隔に制御され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子は、光結晶としての機能を行えるようになる。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、粒子の間隔により決定されるため、粒子の間隔を制御することによって、複数の粒子から反射される光の波長を任意に制御できるようになる。ここで、反射される光の波長のパターンは、電場の強度及び方向、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、粒子及び溶媒の電気分極特性、溶媒内の分散された粒子の濃度などの要因によって多様に示され得る。
【０１０８】
図８は、本発明に係る表示装置の第１モードの一実施形態によって粒子の間隔を制御する構成を概念的に示す図である。図８を参照すれば、外部電場が印加されない場合には、粒子８１０が分極されないが（図８の（ａ）参照）、外部電場が印加される場合には、粒子８１０内に含まれている物質の電気分極特性によって粒子８１０が分極され得、これにより、粒子８１０が所定の間隔を維持した状態で規則的に配列され得る（図８の（ｂ）参照）。
【０１０９】
本発明の前記実施形態において、溶媒又は粒子の電気分極値が大きいほど、分極領域７３０又は分極された粒子８１０間の相互作用の程度を増加させることができ、これにより粒子が更に規則的に配列されるようにできる。図８は、残留分極がない粒子で示したが、残留分極がある状態でも電場が印加されることにより、電気分極が変化する特性を有する粒子にも同様に適用され得る。一方、本発明の一実施形態に係る表示装置の第１モードの前記実施形態に係る表示装置の構成を概念的に示せば、それぞれ図９及び図１０の通りである。本発明の一実施形態に係る表示装置の第１モードの前記実施形態については、既に図７及び図８を参照して十分に詳細に説明したので、図９及び図１０についての更なる説明は省略する。
【０１１０】
以上の第１モードの実施形態において、粒子又は溶媒が電気分極特性を有する場合について説明したが、本発明に係る粒子又は溶媒が必ずしも電気分極特性を有すべきではないことを明確にしておく。即ち、粒子又は溶媒が電気分極特性を有さない場合であっても、粒子が電荷を有すれば、外部電場による電気的引力及び互いに同一符号の電荷を有する複数の粒子間の電気的斥力が平衡をなす距離を置いて複数の粒子が規則的に配列され得、このように規則的に配列された複数の粒子は、任意の波長の光を反射させる光結晶を形成できる。
【０１１１】
本発明の第１モードにおいて、外部電場によって前述した通り、粒子間に作用する引力と斥力の均衡により複数の粒子間の間隔が一定の間隔を維持できるが、前記引力と斥力が近距離粒子間には効果的に作用できるものの、一定距離以上の粒子間には相互作用力が効果的でないこともあり得るため、本発明に係る粒子の配列は、３次元的に長距離配列（Long range ordering）をするのではなく、短距離配列（Short range ordering）を示すことができる。また、微細に互いに異なる配列度を有する短距離配列の集合により反射される反射光は、既存の典型的な光結晶の配列により反射される光結晶光に比べて、視野角依存性が大きく改善された反射光特性を示すことができる。また、以上の第１モードの実施形態において、粒子が電荷を有する場合について説明したが、本発明に係る粒子が必ずしも電荷を有すべきではないことを明確にしておく。即ち、粒子が電荷を有さない場合であっても、粒子が電気分極特性を有し、立体障害反発力を発生させることができる立体構造物を有すれば、外部電場により誘発された電気分極により発生する隣接する粒子間の電気的引力及び立体障害効果による斥力が平衡をなす距離を置いて複数の粒子が規則的に配列され得、このように規則的に配列された複数の粒子は、任意の波長の光を反射させる光結晶を形成できる。即ち、複数の粒子は、互いに立体障害効果を示せば、電場が印加されることによって、可変電気分極特性により粒子間に作用する静電気的引力と、粒子間に作用する立体障害反発力が相互作用して粒子間の間隔が特定の範囲に到達するようになり、前記粒子間の間隔が前記特定の範囲に到達するようになることによって、複数の粒子から特定波長の光が反射され、特定の色が実現され得るようになる。
【０１１２】
図１１は、本発明の一実施形態によって第１モードの構成を例示的に示す図である。図１１を参照すれば、印加される電場の強度が大きいほど、粒子１１１２の間隔が狭くなり、これにより粒子１１１２からなる光結晶から反射される光の波長が短くなり得る。従って、電場の強度及び方向を制御することによって、粒子１１１２から反射される光の波長範囲を連続的に調節できるようになる。一方、図１１で下部電極が大電極と小電極とに分割されて示されたが、本発明は、これにのみ限定されるものではなく、下部電極が一体となって形成されることもできる。即ち、各実施形態によって電極が分割又は一体化することができ、以下の内容を参照すれば、いかなるモード切替の実施形態において電極の一体化が必要であり、電極の分割が必要であるかが理解できるはずである。参考までに、１つの特定モード切替の場合に、本発明は同一の単一画素でモードが切り替えられるため、該当電極の構造は変化されてはならないことが自明である。
【０１１３】
また、前記第１モードを実現するために印加される電圧は、直流電圧又は交流電圧又は直流成分を含む交流電圧であり得る。前記で説明した電気分極特性又は可変電気分極特性は、交流電圧を印加するか、直流電圧を印加する場合に何れも発生し得る。特に、帯電された粒子に直流電圧を印加する場合には、電気泳動により帯電された粒子が反対電荷に印加された電極に移動し、電荷が電極に密集することによって密集した電荷によるスクリーン現象で他の粒子に影響を及ぼすようになり、粒子は漸進的に変化する電気泳動力を受けるようになり、結果として、電場方向に次第に異なる間隔を維持するようになり得、長範囲規則度よりは短範囲規則度のみを有するようになって、視野角に優れた表示部を構成することもできる。このような視野角特性については後述する。
【０１１４】
更に、本発明の図面では電圧を印加しない場合には、粒子が無秩序に分散されて溶液カラーを示すものと表示したが、粒子の濃度が所定の値よりも高いため、電圧を印加しない場合にも、粒子間の相互作用力が十分であれば、電圧を印加しなくても、粒子間の相互作用により特定の間隔を維持できる。
【０１１５】
第２モード（固有色反射モード）の動作原理及び構成
【０１１６】
本発明に係る表示装置の第２モードによれば、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度、方向、印加時間、印加回数、印加領域のうちの少なくとも１つを調節して粒子の位置を制御することで、粒子又は溶媒の固有カラー又は保有カラー又は粒子の散乱（light scattering）による溶液のカラー、又は電極のカラーが可変的に表示される。但し、本明細書及び請求の範囲全体において電極が透明電極である場合には、電極カラーは透明電極を通じて現れる透明電極の下部の材質のカラーを明示することにし、第２モードは固有色反射モード又は保有色反射モードと指称され得る。ここで、固有色とは、粒子、溶媒又は電極の材質（material）が白色光を照射した場合、反射するカラーを意味し得る。
【０１１７】
本発明に係る表示装置の第２モードは、電気泳動（ＥＰ：electrophoresis）を用いて電荷を有する粒子を移動させるか、誘電泳動（ＤＥＰ：dielectrophoresis）を用いて溶媒と互いに異なる所定の誘電率を有する粒子を移動させることによって実現され得る。このような電気泳動及び誘電泳動現象は、分散された溶媒に直流電圧を印加する場合、更に効果的に発生し得る。
【０１１８】
まず、電気泳動を用いて本発明に係る表示装置の第２モードを実現する実施形態について詳察する。
【０１１９】
本発明に係る表示装置の第２モードによれば、同一符号の電荷を有する複数の粒子が溶媒に分散された状態で粒子及び溶媒に電場が印加される場合、粒子の有する電荷によって複数の粒子には、電場の強度と粒子の電荷量に比例する電気的引力が作用するようになり、これにより複数の粒子は、電気泳動されて所定方向に移動するようになる。このとき、電圧を電極の一部分にのみ局部的に印加するか、所定の電圧以上に印加すれば、複数の粒子が第１モードのように、光結晶を形成できず、電場を印加する電極の局部領域側に移動するようになる。
【０１２０】
図１２は、本発明の一実施形態に係る表示装置の第２モードの構成を例示的に示す図である。
【０１２１】
図１２を参照すれば、電場が印加されない場合には、粒子が溶媒内に不規則に分散されており、粒子と溶媒の固有のカラーが混合された溶液のカラーが表示され得（図１２の（ａ）参照）（即ち、粒子による光散乱による溶液のカラーが示される溶液カラー反射モードとも指称され得る）、粒子１２１０が観察者側である上部電極１２３０側に移動するようになり、粒子１２１０の有する固有のカラーが表示され得（図１２の（ｂ）参照）（粒子カラー反射モードと指称され得る）、粒子１２１０が観察者の反対側であり、広い面積を有する第１下部電極１２４０（大電極と指称される）側に移動するようになり、粒子１２１０の有する固有のカラーが表示される代わりに、溶媒１２２０の有する固有のカラーが表示され得（図１２の（ｃ）参照）（溶媒カラー反射モードと指称され得る）、粒子１２１０が観察者の反対側であり、狭い面積を有する第２下部電極（局部電極又は小電極と指称され得る）１２５０側に移動するようになり、広い面積を有する第１下部電極１２４０が現れるようになれば、第１下部電極１２４０の有する固有のカラーが表示され得る（図１２の（ｄ）参照）（電極カラー反射モードと指称される）。第１下部電極１２４０が透明である場合には、透明な下部電極を通じて表示される下部電極の下部の材質のカラーを電極カラーと指称することにする。一方、図１２で下部電極が大電極１２４０と小電極又は局部電極１２５０に分割されているが、図１２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する溶液カラー反射モード、粒子カラー反射モード、溶媒カラー反射モードでは、下部電極が一体構造となっていても構わない。また、本図面においては、小電極又は局部電極１２５０は説明の便宜上、大きく示したが、その隣にある大電極１２４０に比べて非常に小さいため、上から見た時に大電極が下部電極の全部を占めているかのように見られる。また、本明細書においては、下部電極が大電極と小電極とに分割されている構成からなっているが、上部電極が大電極と小電極とに分割される構成も考慮できる。仮に、上部電極が大電極と小電極とに分割される場合において、粒子カラー反射モードは、大電極にのみ電圧を印加して実現され得、電極カラー反射モードでも、やはり小電極にのみ電圧を印加して実現され得る。なお、本発明の固有色反射モードを実現する実施形態は、図１２にのみ限定されるものではなく、多様な変更が可能である。
【０１２２】
次に、誘電泳動を用いて本発明に係る表示装置の第２モードを実現する実施形態について詳察する。
【０１２３】
誘電泳動現象とは、不均一な電場がかかっている誘電媒質内に置かれている帯電されていない誘電粒子が誘導双極子モーメントを有するようになり、誘電粒子の誘電定数と誘電媒質の誘電定数の差により誘電粒子に加えられる力が発生し、電場勾配（gradient）の大きな領域又は小さな領域に移動する現象のことをいう。従って、誘電媒質の誘電定数よりも大きい誘電定数を有する誘電粒子は、電場勾配が大きな領域に移動し、誘電媒質の誘電定数よりも小さな誘電定数を有する誘電粒子は、電場勾配が小さな領域に移動する。
【０１２４】
図１３は、本発明の一実施形態に係る表示装置の第２モードの構成を例示的に示す図である。
【０１２５】
図１３を参照すれば、粒子１３１２の誘電定数が溶媒１３１４の誘電定数よりも大きく、下部電極が第１下部電極１３３２、１３３５と第２下部電極１３３４とに分けられて構成される場合を仮定できる。図１３の（ａ）を参照すれば、電極に電圧が印加されず、粒子１３１２及び溶媒１３１４に電場が印加されない場合には、粒子１３１２が溶媒１３１４内で不規則的に分散されるため、溶液が有する固有のカラーが表示され得る。一方、図１３の（ｂ）を参照すれば、第１下部電極１３３２、１３３５及び第２下部電極１３３４に電圧が印加され、第１下部電極１３３２、１３３５が（＋）符号の電極となり、第２下部電極１３３４が（−）符号の電極となる場合には、第１下部電極１３３２、１３３５と第２下部電極１３３４との間の空間で発生する電場の勾配が表示部内の他の領域で発生する電場の勾配よりも遥かに高くなるため、粒子１３１２が誘電泳動によって移動して第１下部電極１３３２、１３３５と第２下部電極１３３４との間の空間に集中するようになり、これにより第１下部電極１３３２、１３３５又は第２下部電極１３３４が有する固有のカラーが表示され得る。
【０１２６】
一方、前述した第１モードは、表示装置に入射される光のうち、特定波長の光を選択的に反射させる光結晶の原理によって動作するため、完全な白色又は黒色を実現することが容易ではない。従って、第２モードで白色又は黒色の粒子、溶媒又は電極を組み合わせて使用すれば、粒子、溶媒又は電極が有する固有のカラーである白色や黒色を完壁に実現できるので、前記のような第１モードの短所を補完できるようになる。より具体的に、白色の粒子を用い、黒色の電極（電極の材質が黒色であるか、透明な下部電極の下部に黒色の物質が位置）を使用すれば、前述したモード切替によって粒子カラーである白色と電極カラーである黒色を同一の表示領域或いは同一の単位ピクセル又は画素内で選択的に実現できる。
【０１２７】
第３モード（透過度調節モード）の動作原理及び構成
【０１２８】
本発明に係る表示装置の第３モードによれば、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度、方向、印加時間、印加回数、印加領域のうちの少なくとも１つを調節して粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって、粒子及び溶媒のうちの少なくとも１つを透過する光の透過度を調節できる。本発明に係る表示装置の第３モードは、光結晶による反射光の波長を調節するか（光結晶透過度調節モード）、電気泳動又は誘電泳動を用いて粒子を移動させるか（粒子泳動透過度調節モード）、或いは粒子の配列状態を制御する（粒子整列透過度調節モード）ことによって実現され得る。以下では、前記のような３種類の駆動原理を用いて光透過度を調節する実施形態についてそれぞれ詳察する。本明細書において、第３モードは透過度調節モードと指称され得る。やはり、本透過度調節モードでは反射される光が存在するはずであるが、本モードで支配的に発生して観察者が検知できる光は、透過される光であることを改めて周知させたい。
【０１２９】
図１４は、本発明の一実施形態に係る表示装置の第３モードの構成を例示的に示す図である。
【０１３０】
まず、図１４の（ａ）を参照すれば、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度及び方向のうちの少なくとも１つを調節し、粒子の間隔を調節して粒子構造（即ち、複数の粒子が所定の間隔を維持することによって形成される光結晶）から反射される光の波長を制御するにおいて、粒子に印加される電場の強度を調節して粒子の間隔が閾値よりも狭くなるようにするか、あるいは広くなるようにして粒子から反射される光の波長範囲が可視光線帯域ではなく、紫外線や赤外線帯域となるように、電場を調節することによって表示装置のカラーを可視光領域で透明にすることができる。即ち、粒子からなる光結晶から反射される光を透明にすることによって、光透過度を調節できるようになる。参照までに、本発明において、光透過度とは、主に可視光領域での光透過度を意味する。このような方式を本明細書では、光結晶透過度調節モードと指称し得る。このような光結晶透過度調節モードは、直流電圧及び交流電圧の両方で発生し得、粒子が分散された溶液が前述した可変電気分極特性を有する場合、更に効果的に現れ得る。一実施形態において、電気分極特性に優れた強誘電体や超常誘電体粒子を使用すれば、外部電場の印加時に電気分極された粒子間の相互作用により粒子の配列が更に効果的に現れ、更に強烈な透過度が得られる。
【０１３１】
次に、図１４の（ｂ）を参照すれば、電気泳動によって移動する粒子又は誘電泳動によって移動する粒子に対して電場を印加して相対的に狭い面積を有する電極に該当粒子を集中させることによって、表示装置に入射される光が粒子によって反射又は散乱しないようにすることで、光透過度を調節できるようになる。一方、本図面には示されていないが、下部局部電極に粒子が集中する密度を調節することで、光透過度が調節されることもできる。仮に、下部電極の中央部分に局部電極を設けた後に、この局部電極に粒子が集中する密度を調節することで、粒子及び／又は溶媒を透過する光の透過度が調節される構成もやはり考慮され得る。このようなモードは、本明細書では、粒子泳動透過度調節モードと指称され得、このモードは、直流電圧を印加する際に更に効果的になされることができ、直流電圧を印加した時間或いは回数によって透過度を調節することもできる。
【０１３２】
次に、図１４の（ｃ）を参照すれば、電気分極特性を有する複数の粒子が溶媒内に分散された状態で粒子及び溶媒に電場が印加される場合、複数の粒子は電場により分極が誘発され、電場の方向によって何れも同一の方向に分極され得るが、同一の方向に分極された複数の粒子間には、電気的引力が発生するため、溶媒内に分散されている複数の粒子は、互いに引き合って電場の方向と平行な方向に規則的に配列され得る。従って、電場の強度又は方向を調節して電場の方向と平行な方向に規則的に配列される複数の粒子の配列状態を制御することで、溶媒及び粒子に対する入射光の透過度を調節できるようになる。本図面では、粒子の整列が比較的に一直線となり、透過度が優れた場合を想定して示したが、粒子の整列程度がより弱い線形の形状にして透過度が低くなる場合もやはり考慮され得る。従って、本モードは、粒子配列又は整列透過度調節モードと指称され得、このモードは、直流電圧でも実現され得るが、直流電圧の印加時に電気泳動により電極に偏る現象を防止するために、交流電圧を印加して実現されることが好ましい。より具体的に、粒子が電荷を有し、直流電場を用いて粒子の配列を制御する図１４（ｃ）の場合には、粒子及び溶媒に印加される電場の強度があまりにも大きくなったり、局部的に印加するようになれば、前述した第２モードのように、電気泳動による電気的引力によって粒子が電極側に移動して粒子が有する固有カラーの光を反射させたり、電極の一方に集中する現象が現れ得るため、直流よりは交流電場を溶液に均一に印加することが有利になり得る。
【０１３３】
同一の単一画素又はセル内でのモード間の切替
【０１３４】
以下では、本発明の前記第１、第２及び第３モードのうちの少なくとも２つのモードを同一の単一画素又はセル内で互いに切替可能に選択的に実現するモード切替の構成を特定の図面を参照して記述する。
【０１３５】
（１）同一の単一画素又はセル内での第１モードと第２モード間の切替
【０１３６】
図１５は、本発明の一実施形態によって同一の単一画素又はセル内で第１及び第２モードを互いに切替可能に選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０１３７】
図１５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１５００は、表示部１５１０及び電極１５２０を含むことができる。より具体的に、表示部１５１０には、複数の粒子１５１２が溶媒１５１４内に分散された状態で含まれることができ、電極１５２０は、上部電極１５２２、下部電極１５２４及び局部電極１５２６を含むことができる。また、表示部１５１０内に含まれている粒子１５１２及び溶媒１５１４と表示部１５１０の下部をカバーしている下部電極１５２４は、それぞれ固有のカラーを有することができる。本明細書では説明のために、表示部と電極とに区分して説明したが、電極が表示部に含まれ得ることは自明である。即ち、表現する言語的な側面で表示部と電極を含む構成を合わせて表示部にしても、本発明を実施する上で問題がないことが本技術分野における当業者は理解できるはずである。また、表示部又は電極に電場を印加する具体的な構成が示されていないが、これは本技術分野の当業者によく知られている構成要素であるため、本明細書では、本発明の原理及び趣旨を曖昧にしないように、その構成を省略する。重要には、単一画素内でモードを互いに切り替えさせるための制御部又はこのような制御部の機能に対応するインストラクションを含むコンピュータ読み取り可能な記録媒体については詳細に後述する。また、単一画素は、独立して制御可能な最小の表示単位であることを本技術分野の当業者は理解できるはずである。また、図１５では、上部電極が透明な電極である。
【０１３８】
本発明の一実施形態によれば、表示装置は、同一の単一画素内で第１モード及び第２モードのうちの何れかのモードを互いに切替可能に選択的に行える。より具体的に、本発明の一実施形態に係る表示装置は、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度及び方向のうちの少なくとも１つを調節でき、これにより粒子の間隔を制御して粒子からなる光結晶から反射される光の波長を調節するか（第１モード）、粒子の位置を制御して溶液の色（即ち、粒子の光散乱による溶液の色）、粒子、溶媒又は電極が有する固有のカラーを表示する機能を行える（第２モード）。以下で、溶液のカラーは、粒子の光散乱による溶液のカラーを含むものと見なされ得る。
【０１３９】
まず、図１５の（ａ）を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１５００は、可変分極特性を示す溶液に電極１５２２、１５２４を通じて印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節して粒子１５１２の間隔を制御することで、粒子１５１２から反射される光の波長（即ち、カラー）を調節できる（第１モード）。前記で第１モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１５１２が同一の電荷を有する場合には、外部電場による電気的引力、互いに同一符号の電荷を有する粒子１５１２間の電気的斥力及び外部電場による分極に伴う電気的引力などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子１５１２が規則的に配列され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子１５１２は、光結晶としての機能を行えるようになる。一方、複数の粒子１５１２が立体障害効果を起こし得る立体障害物を有する場合には、立体障害効果による粒子間の反発力及び外部電場による分極に伴う電気的引力などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子１５１２が規則的に配列され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子１５１２は、光結晶としての機能を行えるようになる。前記電荷による反発力と立体障害による反発効果は、同時に発現するようにすることもできる。
【０１４０】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置１５００は、電極１５２２、１５２４を通じて印加される交流（ＡＣ）電場の強度又は方向又は交流周波数を調節して粒子１５１２の間隔を制御することで、粒子１５１２から反射される光の波長（即ち、カラー）を調節できる（第１モード）。交流電圧を印加する場合には、印加された交流電圧によって発生した電気分極によって粒子間の相互引力が発生し、粒子表面に同一に帯電された電荷又は粒子間の立体障害効果を発生させる層により互いに斥力が発生し、引力と斥力の均衡により粒子を一定の距離に維持させることができる。従って、交流電圧を印加する場合には、発生する電気分極が交流電圧の周波数によって十分に変更され得る周波数範囲で印加されなければならない。
【０１４１】
以上で説明した通り、一定の間隔を置いて配列された複数の粒子１５１２から反射される光の波長は、粒子１５１２の間隔により決定されるため、電極１５２０を通じて印加される電場の強度及び方向を調節して粒子１５１２の間隔を制御することで、複数の粒子１５１２から反射される光の波長を任意に制御できるようになる。
【０１４２】
次に、本発明の一実施形態に係る表示装置１５００は、電極１５２２、１５２４、１５２６を通じて印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節し、電場の強度が特定の閾値以上となるように調節して電気泳動又は誘電泳動の原理によって粒子１５１２を移動させることによって、溶液１５１２、１５１４、粒子１５１２、溶媒１５１４及び下部電極１５２４のうちの何れか１つが有する固有のカラーが表示されるようにすることができる（第２モード）。
【０１４３】
図１５の（ｂ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、電場が印加されない場合或いは閾値よりも低い電圧を印加した場合には、粒子１５１２が溶媒１５１４内に不規則に分散されており、粒子１５１２の固有のカラー、溶媒１５１４の固有のカラー及び粒子１５１２又は溶媒１５１４から反射又は散乱される光のカラーが混合されて現れる溶液のカラーが表示され得る。
【０１４４】
図１５の（ａ）の光結晶反射モードと図１５の（ｂ）の溶液カラー反射モード間の相互切替は、印加される電圧の強度によって実現され得る。即ち、光結晶反射モードで用いられる印加電圧は、溶液カラー反射モードで用いられる印加電圧よりも大きくなり得る。
【０１４５】
このように、光結晶反射モードと溶液カラー反射モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと溶液カラー反射モード間の切替の実施形態では、図１５に示すように、下部電極が分割される必要なく、一体化されていても構わない。
【０１４６】
図１５の（ｃ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１５１２が電荷を有し、上部電極１５２２が粒子１５１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、閾値以上の強度で電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１５１２が上部電極１５２２側に移動するようになり、これにより表示部１５１０上で粒子１５１２が有する固有のカラーが表示され得る。
【０１４７】
図１５の（ａ）の光結晶反射モードと図１５の（ｃ）の粒子カラー反射モード間の相互切替は、印加される電圧の強度によって実現され得る。即ち、光結晶反射モードで用いられる印加電圧は、粒子カラー反射モードで用いられる印加電圧よりも小さくなり得る。又は、図１５の（ａ）光結晶モードは、交流電圧を用いて実現し、図１５の（ｃ）は、直流電圧を印加して実現することもできる。即ち、電圧の形態（直流又は交流）を変化させることによっても、モードを切り替えることができる。
【０１４８】
このように、光結晶反射モードと粒子カラー反射モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと溶液カラー反射モード間の切替の実施形態では、図１５に示すように、下部電極が分割される必要なく、一体化されていても構わない。
【０１４９】
図１５の（ｄ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１５１２が電荷を有し、下部電極１５２４が粒子１５１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、閾値以上の強度で電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１５１２が下部電極１５２４側に移動するようになり、これにより表示部１５１０上で溶媒１５１２が有する固有のカラーが表示され得る。
【０１５０】
図１５の（ａ）の光結晶反射モードと図１５の（ｄ）の溶媒カラー反射モード間の相互切替は、印加される電圧の方向によって実現され得る。即ち、帯電された粒子が上部電極に移動するように印加する場合には、電場の強度によって光結晶反射モードが実現され、帯電された粒子が下部電極に移動するように印加する場合には、溶媒カラー反射モードが実現され得る。
【０１５１】
このように、光結晶反射モードと溶媒カラー反射モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと溶媒カラー反射モード間の切替の実施形態では、図１５に示すように、下部電極が分割される必要なく、一体化されていても構わない。
【０１５２】
図１５の（ｅ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１５１２が電荷を有し、局部電極１５２６が粒子１５１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１５１２が局部電極１５２６側に移動して局部電極１５２６周辺に集中して位置するようになり、これにより表示部１５１０上で下部電極１５２４が有する固有のカラー（下部電極が透明である場合、下部電極の下部の材質のカラー）が表示され得る。
【０１５３】
図１５の（ａ）の光結晶反射モードと図１５の（ｅ）の電極カラー反射モード間の相互切替は、印加される電圧が印加される印加領域によって実現され得る。即ち、光結晶反射モードでは、電場を均一に印加するが、電極カラー反射モードでは、表示部電極の局部的な領域にのみ印加して実現され得る。印加される電場の強度は、光結晶反射モードが電極カラー反射モードよりも更に弱くなり得る。
【０１５４】
このように、光結晶反射モードと電極カラー反射モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと電極カラー反射モード間の切替の実施形態では、図１５に示すように、下部電極が分割されず、上部電極が分割されても実現されることができ、分割電極の形態は、図１５に限定されず、多様な形態又は複数の局部的領域にのみ印加することもできる。
【０１５５】
特に、前述したように、第１モードでは白色及び黒色のカラーが実現され難い。従って、第２モードで溶媒、粒子、電極のカラー（透明電極である場合、下部電極の下部の材質のカラー）を白色及び黒色を組み合わせて用いることで、同一の単一画素又は同一表示領域で連続的な色のカラー及び白色及び黒色を何れも実現（rendering）できる。
【０１５６】
一方、第１モード及び第２モードが行われる場合に関する実施形態と第１モード及び第２モードのうちの何れかのモードが同一の単一画素内で他のモードに切り替えられる場合に関する実施形態について更に具体的に詳察すれば、以下の通りである。
【０１５７】
まず、粒子が同一符号の電荷を有する場合を仮定できる。このような場合、電場が印加されないか、あるいは閾値電圧以下であれば、粒子が溶媒内に不規則に分散されて溶液のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、電場の強度が電気泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が上部電極に集中して粒子のカラーが表示されるか、粒子が下部電極に集中して溶媒のカラーが表示されるか、粒子が局部電極に集中して上部電極又は下部電極のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。
【０１５８】
また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、交流電場の強度又は周波数によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行され得る。交流電圧を印加する際には交流電圧の強度だけでなく、周波数もやはり光結晶モードの粒子間隔を調節するのに用いられる変数になり得る。また、第１モードでは交流電圧を印加して光結晶反射モードを実現し、第２モードのうち、溶媒カラー反射モード、粒子カラー反射モード及び電極カラー反射モードでは直流電圧を印加して実現され得る。このような場合、溶液（粒子又は溶媒又はこれらの組み合わせ）が電気分極特性を示す場合、光結晶モードを更に容易に実現できる。
【０１５９】
次に、粒子が電気分極特性（電場が印加されれば、電気分極が誘発され、印加された電場が変化することにより、電気分極量が変わる）を有し、立体障害効果を発生させる構造を含む他の場合を仮定できる。このような場合、電場が印加されないか、あるいは閾値以下であれば、粒子が溶媒内に不規則に分散されて溶液のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行され得る。また、電場の分布が不均一であり、粒子と溶媒の誘電率が異なる場合には、誘電泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上に直流電場を印加すれば、粒子が上部電極に集中して粒子のカラーが表示されるか、粒子が下部電極に集中して溶媒のカラーが表示されるか、粒子が局部電極に集中して上部電極又は下部電極のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、交流電場の強度又は周波数によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行され得る。
【０１６０】
図面には特定して示されていないが、光結晶反射モードで溶液カラー反射モード、粒子カラー反射モード、電極カラー反射モード又は溶媒カラー反射モードに切り替えられるのはもちろん、溶液カラー反射モード、粒子カラー反射モード、電極カラー反射モード及び溶媒カラー反射モードの間でも互いに切替可能である。このように、第２モード間で切り替えられる構成を以下で説明する。
【０１６１】
（２）同一の単一画素又はセル内での第１モードと第３モード間の切替
【０１６２】
図１６は、本発明の一実施形態によって第１及び第３モードを同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０１６３】
図１６を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１６００は、表示部１６１０及び電極１６２０を含むことができる。より具体的に、表示部１６１０には、複数の粒子１６１２が溶媒１６１４内に分散された状態で含まれることができ、電極１６２０は、上部電極１６２２、下部電極１６２４及び局部電極１６２６を含むことができる。また、上部電極１６２２、下部電極１６２４及び局部電極１６２６は何れも光透過性物質で構成され、表示装置１６００に入射される光を透過させることができる。
【０１６４】
本発明の一実施形態によれば、表示装置は、第１モード及び第３モードのうちの何れかのモードを互いに切替可能に選択的に行える。より具体的に、本発明の一実施形態に他の表示装置は、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度及び方向のうちの少なくとも１つを調節でき、これにより粒子の間隔を制御して粒子からなる光結晶から反射される光の波長の調節するか（第１モード）、粒子の間隔、位置又は配列を制御して表示装置に入射される光の透過度を調節する（第３モード）機能を行える。
【０１６５】
まず、図１６の（ａ）を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１６００は、電極１６２２、１６２４を通じて印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節して粒子１６１２の間隔を制御することで、粒子１６１２から反射される光の波長（即ち、カラー）を調節できる（第１モード）。
【０１６６】
前記第１モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１６１２が同一の電荷を有する場合には、外部電場による電気的引力、互いに同一符号の電荷を有する粒子１６１２間の電気的斥力及び外部電場による分極に伴う電気的引力などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子１６１２が規則的に配列され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子１６１２は、光結晶としての機能を行えるようになる。一方、複数の粒子１６１２が立体障害効果を起こし得る立体障害物を有する場合には、立体障害効果による粒子間の反発力及び外部電場による分極に伴う電気的引力などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子１６１２が規則的に配列され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子１６１２は、光結晶としての機能を行えるようになる。
【０１６７】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置１６００は、電極１６２２、１６２４を通じて印加される交流（ＡＣ）電場の強度又は方向又は周波数を調節して粒子１６１２の間隔を制御することで、粒子１６１２から反射される光の波長（即ち、カラー）を調節できる（第１モード）。
【０１６８】
以上で説明した通り、一定の間隔を置いて配列された複数の粒子１６１２から反射される光の波長は、粒子１６１２の間隔により決定されるため、電極１６２０を通じて印加される電場の強度及び方向を調節して粒子１６１２の間隔を制御することで、複数の粒子１６１２から反射される光の波長を任意に制御できるようになる。
【０１６９】
次に、本発明の一実施形態に係る表示装置１６００は、電極１６２２、１６２４、１６２６を通じて印加される電場の強度又は方向又は印加位置を調節して粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって表示装置に入射される光の透過度が制御されるようにすることができる（第３モード又は透過度調節モード）。
【０１７０】
図１６の（ｂ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、所定の間隔を置いて配置された粒子１６１２からなる光結晶に対して特定の閾値以上又は以下の強度の電場を印加して粒子１６１２からなる光結晶から紫外線又は赤外線帯域の光は反射されるものの、可視光線帯域の光は反射されないようにすることで、表示装置１６００に入射される可視光線帯域の光が表示装置１６００を高い光透過率で透過できるようになる。このようなモードは、前述したように、光結晶透過度調節モードと指称され得る。
【０１７１】
図１６の（ａ）の光結晶反射モードと図１６の（ｂ）の光結晶透過度調節モード間の相互切替は、印加される電圧の強度によって実現され得る。即ち、光結晶反射モードで用いられる印加電圧は、光結晶透過度調節モードで用いられる印加電圧よりも大きいか、又は小さくてもよい。紫外線の光結晶透過度調節モードは、光結晶反射モードよりも印加される電圧が大きくなり得、赤外線の光結晶透過度調節モードは反対である。
【０１７２】
このように、光結晶反射モードと光結晶透過度調節モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色及び透過度が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替の実施形態では、図１６に示すように、下部電極が分割される必要なく、一体化されていても構わない。
【０１７３】
図１６の（ｃ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１６１２が電荷を有し、局部電極１６２６が粒子１６１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１６１２が局部電極１６２６側に移動して局部電極１６２６周辺に集中して位置するようになり、これにより表示装置１６００に入射される光が粒子によって反射又は散乱されず、表示装置１６００を高い光透過率で透過できるようになる。一方、本図面には示されていないが、下部局部電極に粒子が集中する密度を調節することで、光透過度が調節されることもできる。仮に、下部電極の中央部分に局部電極を設けた後にこの局部電極に粒子が集中する密度を調節することで、粒子及び／又は溶媒を透過する光の透過度が調節される構成もやはり考慮され得る。このようなモードは、本明細書では粒子泳動透過度調節モードと指称され得、このモードも交流電圧及び直流電圧を印加してなされ得る。
【０１７４】
図１６の（ａ）の光結晶反射モードと図１６の（ｃ）の粒子泳動透過度調節モード間の相互切替は、印加される電圧の強度によって実現され得る。即ち、光結晶反射モードで用いられる印加電圧は、粒子泳動透過度調節モードで用いられる印加電圧よりも小さくてもよい。
【０１７５】
このように、光結晶反射モードと粒子泳動透過度調節モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色及び透過度が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替の実施形態では、図１６に示すように、下部電極が分割されず、上部電極が分割されても構わない。
【０１７６】
一方、図１６の（ｄ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、電気分極特性を有する複数の粒子１６１２が溶媒１６１４内に分散された状態で粒子１６１２及び溶媒１６１４に電場が印加される場合、複数の粒子１６１２は電場により分極が誘発され、電場の方向によって何れも同一の方向に分極され得るが、同一の方向に分極された複数の粒子１６１２間には、電気的引力が発生するため、溶媒１６１４内に分散されている複数の粒子１６１２は互いに引き合って電場の方向と平行な方向に規則的に配列され得る。従って、電場の強度又は方向を調節して電場の方向と平行な方向に規則的に配列される複数の粒子１６１２の配列状態を制御することによって表示装置１６００に入射される光の透過度を調節できるようになる。このようなモードは、粒子整列又は配列透過度調節モードと指称される。
【０１７７】
図１６の（ａ）の光結晶反射モードと図１６の（ｄ）の粒子整列透過度調節モード間の相互切替は、印加される電圧の強度によって実現され得る。即ち、一実施形態によって、粒子整列透過度調節モードで印加される電圧は、光結晶反射モードで印加される電圧よりも大きくなり得る。
【０１７８】
このように、光結晶反射モードと粒子整列透過度調節モードを同一の単一画素内で選択的に実現することで、多様な色及び透過度が簡単な方式及び構造で表現され得る。このような光結晶反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替の実施形態では、図１６に示すように、下部電極が分割される必要なく、一体化されていても構わない。
【０１７９】
一方、第１モード及び第３モードが行われる場合に対する実施形態と第１モード及び第３モードのうちの何れかのモードが他のモードに切り替えられる場合に対する実施形態についてより具体的に詳察すれば、以下の通りである。
【０１８０】
まず、粒子が同一符号の電荷を有し、電極は、光透過性物質を含む場合を仮定できる。このような場合、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が電気泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が局部電極に集中して入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が直流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、交流電場の強度又は周波数によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節される場合に、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。
【０１８１】
一実施形態では、電圧を印加した時に、電圧の大きさを大きい順に説明すれば、粒子泳動透過度調節モード＞粒子整列透過度調節モード＞紫外線反射の光結晶透過度調節モード＞可視光光結晶反射モード＞赤外線反射の光結晶透過度調節モードの順であり、前記モードは、互いに混合されて現れてもよく、主に現れる効果が変わることを意味する。
【０１８２】
また、光結晶反射モード、光結晶透過度調節モード及び粒子整列透過度調節モードでは交流電圧が使用され、粒子泳動透過度調節モードでは直流電圧が使用され得る。
【０１８３】
次に、粒子が電気分極特性（電場が印加されれば、電気分極が誘発され、印加された電場が変化することにより、電気分極量が変わる）を有し、立体障害効果を発生させる構造を含み、電極は、光透過性物質を含む他の場合を仮定できる。このような場合、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が誘電泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が局部電極に集中して入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が直流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、交流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節される場合に、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。
【０１８４】
図面では特定して示されていないが、粒子整列透過度調節モード、粒子泳動透過度調節モード及び光結晶透過度調節モードの間でも互いに切替可能である。このように、第３モード間で切り替えられる構成が以下で説明される。
【０１８５】
（３）同一の単一画素又はセル内での第２モードと第３モード間の切替
【０１８６】
図１７は、本発明の一実施形態によって第２及び第３モードを同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０１８７】
図１７を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１７００は、表示部１７１０及び電極１７２０を含むことができる。より具体的に、表示部１７１０には、複数の粒子１７１２が溶媒１７１４内に分散された状態で含まれることができ、電極１７２０は、上部電極１７２２、下部電極１７２４及び局部電極１７２６を含むことができる。また、表示部１７１０内に含まれている粒子１７１２及び溶媒１７１４は、それぞれ固有のカラーを有することができ、上部電極１７２２、下部電極１７２４及び局部電極１７２６は何れも光透過性物質で構成され、表示装置１７００に入射される光を透過させることができる。
【０１８８】
本発明の一実施形態によれば、表示装置は、第２モード及び第３モードのうちの何れかのモードを互いに切替可能に選択的に行える。より具体的に、本発明の一実施形態に係る表示装置は、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度及び方向のうちの少なくとも１つを調節でき、粒子の位置を制御して溶液、粒子又は溶媒が有する固有のカラーを表示するか（第２モード）、粒子の間隔、位置又は配列を制御して表示装置に入射される光の透過度を調節する（第３モード）機能を行える。
【０１８９】
まず、本発明の一実施形態に係る表示装置１７００は、電極１７２２、１７２４、１７２６を通じて印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節し、電場の強度が特定の閾値以上となるように調節して電気泳動又は誘電泳動の原理によって粒子１７１２を移動させることで、溶液１７１２、１７１４、粒子１７１２及び溶媒１７１４のうちの何れか１つが有する固有のカラーが表示されるようにすることができる（第２モード）。
【０１９０】
図１７の（ａ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、電場が印加されない場合には、粒子１７１２が溶媒１７１４内に不規則に分散されており、粒子１７１２の固有のカラー、溶媒１７１４の固有のカラー及び粒子１７１２又は溶媒１７１４から反射又は散乱される光のカラーが混合されて現れる溶液のカラーが表示され得る。このモードは、溶液カラー反射モードである。
【０１９１】
図１７の（ｂ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１７１２が電荷を有し、上部電極１７２２が粒子１７１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１７１２が上部電極１７２２側に移動するようになり、これにより表示部１７１０上で粒子１７１２が有する固有のカラーが表示され得る。このモードは、粒子カラー反射モードである。
【０１９２】
図１７の（ｃ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１７１２が電荷を有し、下部電極１７２４が粒子１７１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１７１２が下部電極１７２４側に移動するようになり、これにより表示部１７１０上で溶媒１７１２が有する固有のカラーが表示され得る。このモードは、溶媒カラー反射モードである。
【０１９３】
次に、本発明の一実施形態に係る表示装置１７００は、電極１７２２、１７２４、１７２６を通じて印加される電場の強度又は方向を調節して粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって表示装置に入射される光の透過度が制御されるようにすることができる（第３モード）。
【０１９４】
図１７の（ｄ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、所定の間隔を置いて配置された粒子１７１２からなる光結晶に対して特定の閾値以上又は以下の強度の電場を印加して粒子１７１２からなる光結晶から紫外線又は赤外線帯域の光は反射されるものの、可視光線帯域の光は反射されないようにすることで、表示装置１７００に入射される可視光線帯域の光が表示装置１７００を高い光透過率で透過できるようになる。このモードは、光結晶透過度調節モードである。
【０１９５】
図１７の（ｅ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１７１２が電荷を有し、局部電極１７２６が粒子１７１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１７１２が局部電極１７２６側に移動して局部電極１７２６周辺に集中して位置するようになり、これにより表示装置１７００に入射される光が粒子によって反射又は散乱されず、表示装置１７００を高い光透過率で透過できるようになる。このモードは、粒子泳動透過度調節モードである。
【０１９６】
一方、図１７の（ｆ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、電気分極特性を有する複数の粒子１７１２が溶媒１７１４内に分散された状態で粒子１７１２及び溶媒１７１４に電場が印加される場合、複数の粒子１７１２は、電場により分極が誘発され、電場の方向によって何れも同一の方向に分極され得るが、同一の方向に分極された複数の粒子１７１２間には、電気的引力が発生するため、溶媒１７１４内に分散されている複数の粒子１７１２は、互いに引き合って電場の方向と平行な方向に規則的に配列され得る。従って、電場の強度又は方向を調節して電場の方向と平行な方向に規則的に配列される複数の粒子１７１２の配列状態を制御することによって表示装置１７００に入射される光の透過度を調節できるようになる。このモードは、粒子整列透過度調節モードである。
【０１９７】
まず、前記溶液カラー反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、光結晶透過度調節モードで大きく、溶液カラー反射モードでは電圧が印加されないこともあり得る。同一の単一画素内でこのように溶液カラー反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０１９８】
次に、前記溶液カラー反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、粒子泳動透過度調節モードで大きく、溶液カラー反射モードでは電圧が印加されないこともあり得る。同一の単一画素内でこのように溶液カラー反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０１９９】
次に、前記溶液カラー反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、粒子整列透過度調節モードで大きく、溶液カラー反射モードでは電圧が印加されないこともあり得る。同一の単一画素内でこのように溶液カラー反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２００】
次に、前記粒子カラー反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、光結晶透過度調節モードよりも粒子カラー反射モードの方が大きい。同一の単一画素内でこのように粒子カラー反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２０１】
次に、前記粒子カラー反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、同一又は異なり得るが、印加される電圧の方向が異なる。同一の単一画素内でこのように粒子カラー反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２０２】
次に、前記粒子カラー反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、粒子整列透過度調節モードよりも粒子カラー反射モードの方が大きい。同一の単一画素内でこのように粒子カラー反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２０３】
次に、前記溶媒カラー反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、光結晶透過度調節モードよりも溶媒カラー反射モードの方が大きい。同一の単一画素内でこのように溶媒カラー反射モードと光結晶透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２０４】
次に、前記溶媒カラー反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさ及び方向は同一であり得るが、電圧が印加される電極は異なる。即ち、溶媒カラー反射モードでは大電極に電圧が印加される反面、粒子泳動透過度調節モードでは小電極又は局部電極に電圧が印加される。一方、粒子泳動透過度調節モードで透過度を非常に小さくする場合には、その電圧の大きさは、溶媒カラー反射モードよりも小さくなり得る。同一の単一画素内でこのように溶媒カラー反射モードと粒子泳動透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２０５】
最後に、前記溶媒カラー反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替を詳察すると、印加される電圧の大きさは、粒子整列透過度調節モードよりも溶媒カラー反射モードの方が大きい。同一の単一画素内でこのように溶媒カラー反射モードと粒子整列透過度調節モード間の切替によって単一画素を用いて色及び透過度を何れも調節できるようになる。
【０２０６】
一方、第２モード及び第３モードが行われる場合に対する実施形態と第２モード及び第３モードのうちの何れかのモードが他のモードに切り替えられる場合に対する実施形態についてより具体的に詳察すれば、以下の通りである。
【０２０７】
まず、粒子が同一符号の電荷を有し、電極は光透過性物質を含む場合を仮定できる。このような場合、電場が印加されなければ、粒子が溶媒内に不規則に分散されて溶液のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、電場の強度が電気泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が上部電極に集中して粒子のカラーが表示されるか、粒子が下部電極に集中して溶媒のカラーが表示される第２モードが遂行されるか、粒子が局部電極に集中して入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。
【０２０８】
図１７に示す各モードでの電圧の大きさを詳察すると、一実施形態では、直流電圧を印加する場合には、粒子カラー反射モード＝溶媒カラー反射モード≧粒子泳動透過度調節モード＞粒子整列透過度調節モード＞光結晶透過度調節モード＞溶液カラー反射モードの順である。一実施形態において、交流電圧を印加する時に、粒子整列透過度調節モード＞光結晶透過度調節モード＞溶液カラー反射モードの順であり得る。
【０２０９】
次に、粒子が電気分極特性（電場が印加されれば、電気分極が誘発され、印加された電場が変化することにより、電気分極量が変わる）を有し、立体障害効果を発生させる構造を含み、電極は、光透過性物質を含む他の場合を仮定できる。このような場合、電場が印加されなければ、粒子が溶媒内に不規則に分散されて溶液のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、電場の強度が誘電泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が上部電極に集中して粒子のカラーが表示されるか、粒子が下部電極に集中して溶媒のカラーが表示される第２モードが遂行されるか、粒子が局部電極に集中して入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。
【０２１０】
（４）同一の単一画素又はセル内で第２モード（固有色反射モード）間におけるモード切替
【０２１１】
固有色反射モードである第２モードには、図５７に示すように、４つの可能な個別モード、即ち、溶液カラー反射モード（ａ）、粒子カラー反射モード（ｂ）、溶媒カラー反射モード（ｃ）及び電極カラー反射モード（ｄ）が存在する。図５７に示すようなこのような個別のサブモード間にも、やはり同一の単一画素内で互いに切替可能である。仮に、溶液カラー反射モードでは、直流電圧が印加されるか、あるいは非常に僅かな直流電圧が印加される。粒子カラー反射モード、溶媒カラー反射モード及び電極カラー反射モードでは同一の電圧が印加されるが、印加方向及び印加位置が異なり得るか、互いに異なる電圧が印加方向及び印加位置を異にして印加され得る。即ち、粒子カラー反射モードでは粒子が上部電極に向かうように上部電極及び下部電極に何れも電圧が印加され、溶媒カラー反射モードでは粒子が下部電極に向かうように上部電極及び下部電極に印加され、電極カラー反射モードでは粒子が下部電極の局部電極に向かうように上部電極と下部電極の局部電極にのみ電圧が印加される。本実施形態では、計６（４＊３／２）種類のモード切替が可能である。各サブモードに関する説明は、前述した通りである。これにより、同一の単一画素内で多様な色が実現され得る。
【０２１２】
（５）同一の単一画素又はセル内で第３モード（透過度調節モード）間におけるモード切替
【０２１３】
透過度調節モードである第３モードでは、図５８に示すように、計３つの個別のサブモードが可能である。即ち、光結晶透過度調節モード（ａ）、粒子泳動透過度調節モード（ｂ）及び粒子整列透過度調節モード（ｃ）が存在する。図５８に示すように、これらの個別のサブモード間におけるモード切替がやはり可能である。仮に、電圧の印加の大きさは、粒子泳動透過度調節モード＞粒子整列透過度調節モード＞光結晶透過度調節モードの順である。本実施形態では、計３種類のモード切替が可能である。これにより、多様な透過度調節が可能である。
【０２１４】
（６）同一の単一画素又はセル内で第１モード、第２モード及び第３モード間の切替
【０２１５】
図１８は、本発明の一実施形態によって第１、第２及び第３モードを同一の単一画素内で互いに切替可能に選択的に行える表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０２１６】
図１８を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１８００は、表示部１８１０及び電極１８２０を含むことができる。より具体的に、表示部１８１０には、複数の粒子１８１２が溶媒１８１４内に分散された状態で含まれることができ、電極１８２０は、上部電極１８２２、下部電極１８２４及び局部電極１８２６を含むことができる。また、表示部１８１０内に含まれている粒子１８１２及び溶媒１８１４は、それぞれ固有のカラーを有することができ、上部電極１８２２、下部電極１８２４及び局部電極１８２６は何れも光透過性物質で構成され、表示装置１８００に入射される光を透過させることができる。
【０２１７】
本発明の一実施形態によれば、表示装置は、第１モード、第２モード及び第３モードのうちの何れかのモードを互いに切替可能に選択的に行える。より具体的に、本発明の一実施形態に係る表示装置は、複数の粒子が溶媒内に分散された状態で電極を通じて電場を印加し、電場の強度及び方向のうちの少なくとも１つを調節でき、これにより粒子の間隔を制御して粒子からなる光結晶から反射される光の波長の調節するか（第１モード）、粒子の位置を制御して溶液、粒子又は溶媒が有する固有のカラーを表示するか（第２モード）、粒子の間隔、位置又は配列を制御して表示装置に入射される光の透過度を調節する（第３モード）機能を行える。
【０２１８】
まず、図１８の（ａ）を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置１８００は、電極１８２２、１８２４を通じて印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節して粒子１８１２の間隔を制御することで、粒子１８１２から反射される光の波長（即ち、カラー）を調節できる（第１モード）。
【０２１９】
前記第１モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１８１２が同一の電荷を有する場合には、外部電場による電気的引力、互いに同一符号の電荷を有する粒子１８１２間の電気的斥力及び外部電場による分極に伴う電気的引力などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子１８１２が規則的に配列され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子１８１２は、光結晶としての機能を行えるようになる。一方、複数の粒子１８１２が立体障害効果を起こし得る立体障害物を有する場合には、立体障害効果による粒子間の反発力及び外部電場による分極に伴う電気的引力などが平衡をなす距離を置いて複数の粒子１８１２が規則的に配列され得、所定の間隔を置いて配列された複数の粒子１８１２は、光結晶としての機能を行えるようになる。
【０２２０】
また、本発明の一実施形態に係る表示装置１８００は、電極１８２２、１８２４を通じて印加される交流（ＡＣ）電場の強度又は方向又は周波数を調節して粒子１８１２の間隔を制御することで、粒子１８１２から反射される光の波長（即ち、カラー）を調節できる（第１モード）。
【０２２１】
以上で説明した通り、一定の間隔を置いて配列された複数の粒子１８１２から反射される光の波長は、粒子１８１２の間隔により決定されるため、電極１８２０を通じて印加される電場の強度及び方向を調節して粒子１８１２の間隔を制御することで、複数の粒子１８１２から反射される光の波長を任意に制御できるようになる。
【０２２２】
まず、本発明の一実施形態に係る表示装置１８００は、電極１８２２、１８２４、１８２６を通じて印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節し、電場の強度が特定の閾値以上となるように調節して電気泳動又は誘電泳動の原理によって粒子１８１２を移動させることで、溶液１８１２、１８１４、粒子１８１２及び溶媒１８１４のうちの何れか１つが有する固有のカラーのカラーが表示されるようにすることができる（第２モード）。
【０２２３】
図１８の（ｂ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、電場が印加されない場合には、粒子１８１２が溶媒１８１４内に不規則に分散されており、粒子１８１２の固有のカラー、溶媒１８１４の固有のカラー及び粒子１８１２又は溶媒１８１４から反射又は散乱される光のカラーが混合されて現れる溶液のカラーが表示され得る（溶液カラー反射モード）。
【０２２４】
図１８の（ｃ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１８１２が電荷を有し、上部電極１８２２が粒子１８１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１８１２が上部電極１８２２側に移動するようになり、これにより表示部１８１０上で粒子１８１２が有する固有のカラーが表示され得る（粒子カラー反射モード）。
【０２２５】
図１８の（ｄ）を参照すれば、前記第２モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１８１２が電荷を有し、下部電極１８２４が粒子１８１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１８１２が下部電極１８２４側に移動するようになり、これにより表示部１８１０上で溶媒１８１２が有する固有のカラーが表示され得る（溶媒カラー反射モード）。
【０２２６】
次に、本発明の一実施形態に係る表示装置１８００は、電極１８２２、１８２４、１８２６を通じて印加される電場の強度又は方向を調節して粒子の間隔、位置又は配列を制御することによって表示装置に入射される光の透過度が制御されるようにすることができる（第３モード）。
【０２２７】
図１８の（ｅ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、所定の間隔を置いて配置された粒子１８１２からなる光結晶に対して特定の閾値以上又は以下の強度の電場を印加して粒子１８１２からなる光結晶から紫外線又は赤外線帯域の光は反射されるものの、可視光線帯域の光は反射されないようにすることで、表示装置１８００に入射される可視光線帯域の光が表示装置１８００を高い光透過率で透過できるようになる（光結晶透過度調節モード）。
【０２２８】
図１８の（ｆ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、複数の粒子１８１２が電荷を有し、局部電極１８２６が粒子１８１２の有する電荷と反対符号の電極となるように、電場が印加される場合には、電気泳動により粒子１８１２が局部電極１８２６側に移動して局部電極１８２６周辺に集中して位置するようになり、これにより表示装置１８００に入射される光が粒子によって反射又は散乱されず、表示装置１８００を高い光透過率で透過できるようになる（粒子泳動透過度調節モード）。
【０２２９】
一方、図１８の（ｇ）を参照すれば、前記第３モードと関連して詳細に説明した通り、電気分極特性を有する複数の粒子１８１２が溶媒１８１４内に分散された状態で粒子１８１２及び溶媒１８１４に電場が印加される場合、複数の粒子１８１２は、電場により分極が誘発され、電場の方向によって何れも同一の方向に分極され得るが、同一の方向に分極された複数の粒子１８１２間には、電気的引力が発生するため、溶媒１８１４内に分散されている複数の粒子１８１２は、互いに引き合って電場の方向と平行な方向に規則的に配列され得る。従って、電場の強度又は方向を調節して電場の方向と平行な方向に規則的に配列される複数の粒子１８１２の配列状態を制御することによって表示装置１８００に入射される光の透過度を調節できるようになる（粒子整列透過高調節モード）。
【０２３０】
図１８を参照して、直流電場を用いて第１モードから第３モードまで段階的に行われる代表的な実施形態について詳細に説明すれば、以下の通りである。
【０２３１】
本発明の一実施形態によれば、電極１８２０を通じて表示部１８１０に印加される直流（ＤＣ）電場の強度又は方向を調節することで、第１モード、第２モード及び第３モードのうちの何れかのモードを他のモードに切り替えることができる。
【０２３２】
まず、電場が印加されない場合（Ｖ＝０）に表示部１８１０内の粒子が不規則に分散されているため、表示部１８１０に入射される光が粒子１８１２及び溶媒１８１２によって不規則に散乱又は反射されるカラーと粒子及び溶媒の固有のカラーが混合された溶液のカラーが表示され得る。（第２モード、図１８の（ｂ）参照）。
【０２３３】
次に、表示部１８１０に印加される電場の強度が増加して既に設定された範囲内の強度の電場が印加される場合（Ｖ＝Ｖ１）には、表示部１８１０内の粒子１８１２が所定の間隔を置いて規則的に配列されることによって特定波長範囲の光を反射させる光結晶が形成され得るため、表示部１８１０上には、光結晶に反射される特定波長範囲の光のカラーが表示され得（第１モード、図１８の（ａ）参照）、電場の強度が更に増加することによって反射光の波長範囲が可視光線帯域から逸脱し、赤外線又は紫外線帯域に該当すれば、大部分の可視光線を透過させるようになるので、入射光の透過度が高くなり得る（第３モード、図１８の（ｅ）参照）。
【０２３４】
次に、これよりも更に大きい強度の電場が印加される場合（Ｖ＝Ｖ２）には、粒子１８１２が電場の方向と平行な方向に配列され得るため、表示部１８１０に入射される光の入射角によって入射光の透過度が高くなるか、低くなるなど入射光の透過度が制御され得る（第３モード、図１８の（ｇ）参照）。
【０２３５】
次に、表示部１８１０に印加される電場の強度が更に増加して既に設定された範囲以上の強度の電場が印加される場合（Ｖ＝Ｖ３）には、表示部１８１０内の粒子１８１２が電気泳動力によって電極１８２０に密着する所定の位置に移動又は集中し得るため、表示部１８１０上には、粒子１８１２又は溶媒１８１４が有する固有のカラーが表示されるか（第２モード、図１８の（ｃ）、（ｄ）参照）、粒子１８１２が局部電極１８２６に集中することによって、入射光の透過度が高くなり得る（第３モード、図１８の（ｆ）参照）。
【０２３６】
更に、第１モード、第２モード及び第３モードが行われる場合に対する実施形態と第１モード、第２モード及び第３モードのうちの何れか１つのモードが他のモードに切り替えられる場合に対する実施形態についてより具体的に詳察すれば、以下の通りである。
【０２３７】
まず、粒子が同一符号の電荷を有し、電極は、光透過性物質を含む場合を仮定できる。このような場合、電場が印加されなければ、粒子が溶媒内に不規則に分散されて溶液のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、電場の強度が電気泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が上部電極に集中して粒子のカラーが表示されるか、粒子が下部電極に集中して溶媒のカラーが表示される第２モードが遂行されるか、粒子が局部電極に集中して入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。
【０２３８】
次に、粒子が電気分極特性（電場が印加されれば、電気分極が誘発され、印加された電場が変化することにより、電気分極量が変わる）を有し、立体障害効果を発生させる構造を含み、電極は、光透過性物質を含む他の場合を仮定できる。このような場合、電場が印加されなければ、粒子が溶媒内に不規則に分散されて溶液のカラーが表示される第２モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、電場の強度が誘電泳動により粒子を電極側に集中させることができる閾値以上であれば、粒子が上部電極に集中して粒子のカラーが表示されるか、粒子が下部電極に集中して溶媒のカラーが表示される第２モードが遂行されるか、粒子が局部電極に集中して入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が直流電場であり、直流電場の強度が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が粒子の間隔を規則的に制御できる範囲内で調節されれば、直流電場の強度によって粒子から反射される光の波長が可視光線帯域内で調節される第１モードが遂行されるか、粒子から反射される光の波長が可視光線帯域外で調節されて入射光の光透過度が調節される第３モードが遂行され得る。また、電場が交流電場であり、交流電場の強度及び周波数が交流電場の方向と平行な方向に粒子を配列させることができる範囲内で調節されれば、粒子が入射光の進行方向と所定の角度をなす状態で配列され、入射光の透過度が調節される第３モードが遂行され得る。
【０２３９】
図１８の複数の矢印に示すように、前記７つのモード（ａ〜ｇ）、即ち、光結晶反射モード、溶液カラー反射モード、粒子カラー反射モード、溶媒カラー反射モード、光結晶透過度調節モード、粒子泳動透過度調節モード及び粒子整列透過度調節モードは、必要事項に応じて有機的に互いに切り替えられ得る。本実施形態では、計７＊６／２＝２１個の種類のモード切替の構成が可能である。これにより、表示領域の同一の単一画素内で多様な色調節及び多様な透過度調節が何れも実現され得る。
【０２４０】
表示装置の制御部
【０２４１】
一方、本発明の一実施形態に係る表示装置は、粒子及び溶媒に印加される電場を生成する電圧の強度、方向、種類、印加回数、周波数、印加時間、印加位置などを調節する機能を行う制御部（図示せず）を含むことができる。より具体的に、本発明の一実施形態に係る制御部は、粒子及び溶媒に電場を印加する電極に所定の電圧を印加する制御信号を生成することで、粒子及び溶媒に所定の電場が印加されるようにすることができ、電圧の強度、方向、種類、印加回数、周波数、印加時間、印加位置などを設定する制御信号を生成することで、粒子及び溶媒に印加される電場を各要求事項に適合するように調節でき、これにより、前述した多様なモード間の切替がなされ得る。本発明の一実施形態によれば、制御部は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラムモジュール及びその他プログラムモジュールの形態で表示装置に含まれてもよく、物理的には、多様な公知の記憶装置上に格納されてもよい。また、このようなプログラムモジュールは、表示装置と通信可能な遠隔記憶装置に格納されてもよい。一方、このようなプログラムモジュールは、本発明によって後述する特定の業務を行うか、特定の抽象データタイプを実行するルーチン、サブルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを包括するが、これに制限されるものではない。
【０２４２】
コンピュータ（machine）読み取り可能な記録媒体
【０２４３】
これまで説明した複数のモード間の切替プロセス又は構成は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体上に格納され、コンピュータ（例えば、コンピュータ）によって読み取られ、実行されて前述したモード切替プロセスを行うインストラクション又はプログラムコードを含むプログラムによって実行され得る。仮に、簡単な光結晶反射モードで多様な色を実現し、粒子整列モードで透過度を調節し、単一画素内で互いに切替可能に実現するプロセスをコンピュータによって実行されることについて簡略に説明する。前記プログラムは、粒子間の間隔が規則的に配列され、可視光線の波長が支配的に反射されるようにする大きさの交流電圧が印加されるようにする第１インストラクションと、前記大きさの電圧よりも小さな大きさの電圧を印加して粒子が整列されて支配的に透過する光の程度が調節されるようにする第２インストラクションとを含むことができる。このようなコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータ（例えば、コンピュータ）によって判読され得る形態で情報を格納又は伝送する任意のメカニズムを含むことができる。仮に、このコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気ディスク格納媒体、光学的格納媒体、フラッシュメモリデバイス、電気的形態で伝達された信号、光学的形態で伝達された信号、音響的形態で伝達された信号又は他の形態で伝達された信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号、信号を送受信するインターフェースなど）などを含むことができる。
【０２４４】
表示装置の多様な応用実施例
【０２４５】
一方、図１９は、本発明の一実施形態によって複数の電極により駆動される表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０２４６】
図１９を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電極１９２２、１９２４、１９２６、１９２８は、表示部１９１０に含まれる粒子１９１２の間隔、位置及び配列を更に正確、且つ、独立して制御するために、表示部１９１０の一部領域に対してのみ独立して電場を印加できる複数の電極１９２２、１９２４、１９２６、１９２８で構成されることができ、このような複数の電極１９２２、１９２４、１９２６、１９２８は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）のような微細駆動回路によって個別的に制御され得る。また、本発明の一実施形態によれば、電極１９２２、１９２４、１９２６、１９２８は、表示部１９１０から放出される光の進行を妨げないために、光透過性物質で構成されることができ、例えば、光透過性電極材料であるインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；ＩＴＯ）、酸化チタニウム（ＴｉＯ２）、カーボンナノチューブ及びその他電気伝導性ポリマーフィルムなどで構成されることができる。
【０２４７】
続けて、図１９を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電極１９２２、１９２４、１９２６、１９２８は、第１電極１９２２、第２電極１９２４、第３電極１９２６及び第４電極１９２８を含むことができる。まず、電圧が印加されない第１電極１９２２によってカバーされる空間には、電場が印加されないため、第１電極１９２２によってカバーされる空間に位置する粒子１９１２は、不規則に配列され得る。従って、第１電極３２２によって制御される表示部１９１０は、溶液のカラーを表示できる（第２モード）。次に、互いに異なるレベルの電圧が印加される第２電極１９２４、第３電極１９２６及び第４電極１９２８によってカバーされる空間には、それぞれ該当電圧に相応する電場が印加されるため、電場による電気力引力（即ち、電気泳動の原因となる力）、同一符号の電荷を有する粒子１９１２間の電気的斥力及び粒子１９１２又は溶媒１９１４の分極に伴う電気的引力などが平衡をなしながら、第２電極１９２４、第３電極１９２６及び第４電極１９２８によってカバーされる空間に位置する粒子１９１２は、それぞれ互いに異なるパターンで制御され得、これにより第２電極１９２４、第３電極１９２６及び第４電極１９２８によって制御される表示部１９１０は、該当領域によって互いに異なるモードを実現するようになり、これにより互いに異なるカラーを表示できるようになる。例えば、第４電極１９２８に印加される電圧が第３電極１９２６に印加される電圧よりも大きい場合を仮定できるが、このような場合、第４電極１９２８によってカバーされる空間に位置する粒子１９１２は、上部電極に密着する位置に集中している反面、第３電極１９２６によってカバーされる空間に位置する粒子１９１２は、所定の間隔を置いて規則的に配列され得、これにより第４電極１９２８によって制御される表示部１９１０は、粒子１９１２の固有のカラーを表示するようになり、第３電極１９２６によって制御される表示部１９１０は、粒子１９１２で構成された光結晶から反射される特定の波長範囲の光を反射できるようになる。
【０２４８】
図２０は、本発明の一実施形態によって表示装置に含まれる粒子及び溶媒を複数のカプセルにカプセル化する構成を例示的に示す図である。
【０２４９】
図２０を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２０００に含まれる粒子２０１２及び溶媒２０１４は、光透過性絶縁物質からなる複数のカプセル２０２２、２０２４、２０２６、２０２８にカプセル化され得る。図２０に示す本発明の一実施形態と同様に、粒子２０１２及び溶媒２０１４をカプセル化することで、互いに異なるカプセルに含まれる粒子２０１２及び溶媒２０１４の間に混入などの直接的な干渉が発生するのを防止でき、電荷を有する粒子の電気流体力学的（Electrohydrodynamic；ＥＨＤ）な動きによって粒子の配列状態が不均一に現れるのを防止でき、粒子及び溶媒の封止（sealing）を容易にして表示装置２０００のフィルム状への加工性を向上させることができ、これにより表示装置２０００に含まれる粒子の間隔、位置及び配列を各カプセル毎に独立して制御できる。
【０２５０】
続けて、図２０を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２０００は、４つのカプセル２０２２、２０２４、２０２６、２０２８を含むことができ、第１カプセル２０２２、第２カプセル２０２４、第３カプセル２０２６及び第４カプセル２０２８部分に位置する電極２０３２、２０３４、２０３６、２０３８には、それぞれ第１電圧、第２電圧、第３電圧及び第４電圧が印加され得、これにより互いに異なる強度及び互いに異なる方向の電場が印加される各カプセルは、互いに異なる波長範囲の光を反射するようになる。このように、本発明の一実施形態に係る表示装置２０００によれば、各カプセル別に互いに独立したディスプレイを実現できるようになる。
【０２５１】
一方、図２０に示すものとは異なり、電極とカプセルが互いに一対一に対応して配置されておらず、電極のカバーする領域がカプセルよりも小さいか、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る場合であっても、電極パターンを利用することで、表示部の任意の領域に対していくらでも独立したディスプレイを実現できる。即ち、本発明の一実施形態によって、カプセルをカバーしている複数の電極のうちの何れか１つによってカプセル内の特定領域に対して電場が印加される場合、カプセル内に存在する粒子のうち、前記特定領域に存在する粒子又は溶媒のみ電場に反応し、残りの領域に存在する粒子又は溶媒は電場に反応しなくなるので、特定波長の光が反射される領域（即ち、ディスプレイ領域）は、カプセルの大きさやパターンよりは電極パターンによって決定され得る。
【０２５２】
図２１は、本発明の一実施形態によって表示装置に含まれる粒子及び溶媒を媒質内に散在させる構成を例示的に示す図である。
【０２５３】
図２１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２１００に含まれる粒子及び溶媒は、光透過性物質からなる媒質２１３０内に散在し得る。より具体的には、電場などの外部刺激に対して流動的でない光透過性物質２１３０内に所定量の粒子及び溶媒を小滴（Droplet）形態で散在して分布させることで、表示装置２１００に含まれる粒子を部分的に隔離させることができる。即ち、本発明の一実施形態によれば、光透過性媒質２１３０内に粒子が分散された溶媒を散在して分布させることで、互いに異なる領域に含まれる粒子又は溶媒間の混入などの直接的な干渉が発生するのを防止でき、これにより表示装置２１００に含まれる粒子の間隔、位置及び配列をより独立して制御できる。
【０２５４】
続けて、図２１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２１００は、媒質２１３０内に含まれる複数の領域２１１２、２１１４を含むことができる。より具体的に、第１電圧が印加される第１電極２１４２の間に位置する第１領域２１１０に含まれる粒子の間隔、位置及び配列と第２電圧が印加される第２電極２１４４の間に位置する第２領域２１２０に含まれる粒子の間隔、位置及び配列は、互いに独立して制御され得、これにより第１領域２１１０と第２領域２１２０は、互いに異なるカラーを表示できるようになる。従って、本発明の一実施形態に係る表示装置２１００によれば、各領域別に互いに独立したディスプレイを実現できるようになる。図２１で上下部電極を通じて印加された電圧が光透過性絶縁媒質２１３０により電圧降下現象が現れ、不均一にならないこともあり得るため、光透過性媒質内に散在する溶液を上下部電極に接触させるか、光透過性媒質内に均一に分布させることができる。
【０２５５】
図２２は、本発明の一実施形態によって光透過性媒質でカプセル化された溶液の構成を例示的に示す図である。参考までに、図２２は、図２１と関連して言及した表示装置２１００の断面を電子顕微鏡で撮影した結果得られた写真に該当する。
【０２５６】
図２２を参照すれば、粒子２２１０が分散されている溶媒が電場により流動しない光透過性絶縁物質でカプセル化されていることが分かる。本発明の一実施形態によれば、粒子２２１０が溶媒内に分散されてコロイド（colloid）状態となっている溶液（即ち、粒子及び溶媒の混合物）を互いに混ざらない異種の溶液に混合してエマルジョン形態を構成した後、エマルジョンの境界を光透過性物質２２２０でコーティングすることで、光透過性物質２２２０内にカプセル化構成が実現され得る。ここで、粒子としては、電荷層がコーティングされた酸化鉄（ＦｅＯｘ）クラスタが使用され得、溶媒としては、電気分極特性を有する溶媒が使用され得、カプセル物質としては、ゼラチンが含まれている光透過性高分子物質が使用され得る。
【０２５７】
図２３は、本発明の一実施形態によって媒質内に散在する粒子及び溶媒の構成を例示的に示す図である。参考までに、図２３は、図２１と関連して言及した表示装置１６００の断面を電子顕微鏡で撮影した結果得られた写真に該当する。
【０２５８】
図２３を参照すれば、粒子２３１０が分散されている溶媒２３２０が電場、磁場などの外部刺激に対して流動的でない固体（solid）又はゲル（gel）状態の光透過性物質からなる媒質２３３０内に分散されていることが確認できる。本発明の一実施形態によれば、溶媒２３２０内に電荷を有する粒子２３１０を分散させ、これを小滴形態で光透過性媒質２３３０内に均一に混合させることで、図２３に示す構成を実現できる。また、本発明の一実施形態によれば、図２３において、粒子２３１０は、電荷層がコーティングされた酸化鉄（ＦｅＯｘ）クラスタであり得、溶媒２３２０はＥＧ（Ethylene Glycol）であり得、媒質２３３０はＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）であり得る。
【０２５９】
図２４は、本発明の一実施形態によって表示装置に含まれる粒子及び溶媒を複数のセルに区画化する構成を例示的に示す図である。
【０２６０】
図２４を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２４００に含まれる粒子２４１２及び溶媒２４１４は、絶縁体からなる隔壁などで隔離されて複数のセル２４３２、２４３４、２４３６、２４３８に区画化され得る。本発明の一実施形態によれば、粒子２４１２及び溶媒２４１４を区画化することで、互いに異なるセルに含まれる粒子２４１２及び溶媒２４１４の間に混入などの直接的な干渉が発生するのを防止でき、これにより表示装置２４００に含まれる粒子の間隔、位置及び配列を各セル毎に独立して制御でき、電荷を有する粒子の電気流体力学的な動きによって粒子の配列状態が不均一に現れるのを防止できる。
【０２６１】
一方、図２４に示すものとは異なり、電極とセルが互いに一対一に対応して配置されておらず、電極のカバーする領域がセルよりも小さいか、１つのセルが２つ以上の電極によってカバーされている場合であっても、電極パターンによって表示部の任意の領域に対していくらでも独立したディスプレイを実現できる。即ち、本発明の一実施形態によって、セルをカバーしている複数の電極のうちの何れか１つによってセル内の特定領域に対して電場が印加される場合、セル内に存在する粒子のうち、前記特定領域に存在する粒子又は溶媒のみ電場に反応し、残りの領域に存在する粒子又は溶媒は、電場に反応しなくなるので、特定波長の光が反射される領域（即ち、ディスプレイ領域）は、セルの大きさやパターンよりは電極パターンにより決定され得る。
【０２６２】
一方、図２４で示す構造を製作するために、まず、下部基板にスクリーンプリンティング（Screen printing）、グラビアプリンティング（Gravure printing）、リソグラフィ（Lithography）などの方法により絶縁物質で隔壁を先に製作した後、粒子が分散された溶液をＯＤＦ（One Drop Filling）などの方法で充填して製作できる。
【０２６３】
或いは、図２４で溶液を区分するための隔壁としては、固体形態の絶縁物質以外に空いた空間を活用することもできる。即ち、基板をパターニングして局部的に溶液と親和性の高い領域と低い領域とを区分することで、溶液と親和性の低い領域には、粒子が分散されないようにすることによって溶液を区画化できる。例えば、溶液が親水性（Hydrophilic）である場合、基板をパターニングして隔壁部分は、疏水性（Hydorphobic）となるように製作し、溶液が入る領域は、親水性（Hydrophillic）となるように製作することで、溶液は、親水性である部位にのみ充填され、疏水性である領域により区画化するようにできる。更に、下部基板は疏水性であり、下部電極は親水性である場合、下部電極パターニングによりセルの区画化を併行させることができる。
【０２６４】
以上で言及した通り、本発明の一実施形態によって粒子及び溶媒をカプセル化するか、媒質内に散在させるか、又は区画化する場合、各カプセル、各領域又は各セル別に粒子の間隔、位置及び配列を独立して制御できるようになり、更に精密なディスプレイを可能にし、表示装置のメンテナンスを容易にするという効果が達成される。
【０２６５】
図２５及び図２６は、本発明の一実施形態によって表示装置が互いに垂直方向又は水平方向に結合される構成を例示的に示す図である。
【０２６６】
まず、図２５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２５００に含まれる粒子２５１２及び溶媒２５１４は、互いに垂直方向に結合されている（即ち、積層された）複数のセル２５３２、２５３４、２５３６にそれぞれ含まれることができ、これにより表示装置２４００に含まれる粒子の間隔、位置及び配列を各セル毎に独立して制御できる。従って、互いに積層されている複数のセル２５３２、２５３４、２５３６の間に位置する電極２５２０が光透過性物質で構成される場合には、積層された複数のセル２５３２、２５３４、２５３６でそれぞれ独立して実現される各モードによるカラーが互いに混合されて表示され得る。例えば、第１セル２５３２では、第１モードが実現されて反射光のカラーが制御され得、第２セル２５３４では、第２モードが実現されて粒子２５１２が有する固有のカラーが表示され得、第３セル２５３６では、第３モードが実現されて光の透過度が調節され得る。これにより、更に多様な色混合（color mixing）が可能になり、透過度及び色が必要事項に合うように適切に組み合わされ得る。
【０２６７】
次に、図２６を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置２６００に含まれる粒子２６１２及び溶媒２６１４は、互いに水平方向に結合されている複数のセル２６３２、２６３４、２６３６にそれぞれ含まれることができ、これにより表示装置２４００に含まれる粒子の間隔、位置及び配列を各セル毎に独立して制御できる。従って、互いに結合されている複数のセル２６３２、２６３４、２６３６のそれぞれで実現される各モードのカラー又は光透過度が互いに混合されて現れ得る。例えば、第１セル２６３２では、第１モードが実現されて反射光のカラーが制御され得、第２セル２６３４では、第２モードが実現されて粒子２６１２が有する固有のカラーが表示され得、第３セル２６３６では、第３モードが実現されて光の透過度が調節され得る。
【０２６８】
一方、図１９〜図２６の実施形態では、上部及び下部電極が何れも複数の電極に分離されているものと説明したが、上部或いは下部電極のうち、一方の電極は共通電極で構成されることができる。例えば、実際のディスプレイ製品に適用するにおいて、上部電極は透明電極物質で共通電極として構成されることができ、これとは異なり、下部電極は単位セル単位に分離されて各セルを駆動するためのトランジスタと連結され得、透明電極物質で構成されないことも可能である。更に、透明な上部電極を用い、下部電極に粒子と帯電された電荷と同一符号の電圧を印加することによって、帯電された粒子が上部電極に配列されるようにすることで、溶媒によって光の強度が減衰する現象を最小化できる。
【０２６９】
図２７〜図２９は、本発明の一実施形態によって表示装置に印加される電圧のパターンを例示的に示す図である。
【０２７０】
まず、図２７を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置は、粒子及び溶媒に対して互いに異なる強度及び異なる方向の電場を順次印加し、連続的なディスプレイを実現する上で電場の強度及び方向が変わる間に粒子の間隔を初期化する機能を行う制御部（図示せず）を更に含むことができる。より具体的に、本発明の一実施形態に係る制御部は、粒子及び溶媒に電場を印加する電極に第１電圧及び第２電圧を順次印加するにおいて、第１電圧を印加した後、第２電圧を印加する前に粒子及び溶媒に対して第１電圧と反対方向の初期化（reset）電圧を印加することで、第１電圧によって所定の間隔、位置又は配列に制御されていた粒子を初期の状態に戻す機能を行う。これにより、本発明の一実施形態に係る表示装置は、動作速度を向上させ、残像を抑制できるようになるなどディスプレイ性能を向上させることができるようになる。また、本発明の一実施形態によれば、初期化電圧は、直前に印加されていた電圧と反対方向に印加されるため、直前に印加されていた電圧によって所定の方向に移動して配列された粒子を強制的に反対方向に移動させ、表示装置をオフする場合においても、動作速度を速くするという効果を達成できる。
【０２７１】
次に、図２８を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置は、粒子及び溶媒に対して互いに異なる強度及び異なる方向の電場を順次印加して連続的なディスプレイを実現する上で予め粒子の間隔、位置又は配列を所定の間隔、位置又は配列に維持させる機能を行う制御部（図示せず）を更に含むことができる。より具体的に、本発明の一実施形態に係る制御部は、粒子及び溶媒に電場を印加する電極に第１電圧及び第２電圧を順次印加するにおいて、予め所定の待機（standby）電圧を印加した状態で第１電場と第２電圧を印加することで、粒子の間隔、位置又は配列が所望の間隔、位置又は配列に迅速に制御され得るようにする機能を行う。これにより、本発明の一実施形態に係る表示装置は、応答速度を向上させ、画面の切替を速くするなどディスプレイ性能を向上させることができるようになる。即ち、従来の電子ペーパー（electronic paper）技術では、特定のカラーを表示するために、特定カラーの粒子をセル内の一端から他端を縦断するように移動させなければならなかったが、本発明では可視光線帯域の反射光が現れない程度の相対的に低いレベルの待機電圧を印加して粒子をセル内の一方向に密集させた後、特定レベル以上の電圧を印加して可視光線帯域の光を反射する光結晶を実現できるので、粒子の局部的な位置移動だけでも可視光線帯域の光を反射する光結晶を実現できるようになり、動作速度を速くすることができる。
【０２７２】
次に、図２９を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置は、粒子及び溶媒に対して互いに異なる強度及び異なる方向の電場を順次印加して連続的なディスプレイを実現するにおいて、電場の強度及び印加時間などにおいて多様なパターンの電場が印加されるようにする機能を行う制御部（図示せず）を更に含むことができる。より具体的に、本発明の一実施形態に係る制御部は、粒子及び溶媒に電場を印加する電極に電圧を印加するにおいて、所定の電圧で電圧のレベルを上昇又は下降させることができ（図２９の（ａ）参照）、任意に電圧の印加時間又は周期を拡大又は短縮でき（図２９の（ｂ）参照）、非連続的なパルス電圧を反復的に印加することで、電圧が連続的に印加された場合と同様の効果を達成できる（図２９の（ｃ）参照）。これにより、本発明の一実施形態に係る表示装置は、多様なパターンのディスプレイを可能にし、電力の消費を低減するなどディスプレイ性能を向上させることができるようになる。
【０２７３】
但し、本発明に係る電場印加のパターンが必ずしも前記列挙したものに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内で、即ち、電場によって粒子の間隔、位置又は配列が制御され得る範囲内で適切に変更され得ることを明確にしておく。
【０２７４】
一方、図３０は、本発明の一実施形態によって表示装置の複数の電極に連結される回路構成を例示的に示す図である。
【０２７５】
図３０を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置に含まれる複数の電極３０２０のそれぞれには、所定の電荷を格納できるキャパシタ３０５０が連結され得る。より具体的に、表示部に電場を印加するために、電極３０２０に電圧を印加すれば、該当電極３０２０に連結されているキャパシタ３０５０には電荷が充電され得るため、該当電極３０２０に印加されていた電圧が遮断された後もキャパシタ３０５０に充電されている電荷を用いて所定時間、該当電極３０２０に電圧を印加できるようになる。従って、本発明の一実施形態によれば、表示装置に非連続的なパルス電圧を印加する場合であっても、連続的な電圧を印加する場合と同一のディスプレイを実現でき、これにより表示装置を動作させるのにかかる電力を低減し、より安定したディスプレイを実現できるようになるという効果を達成できる。また、印加される電圧が遮断されても所定の時間、表示状態が維持され得る。即ち、粒子間の間隔、配列、位置が所定の時間に特定間隔、特定配列、特定位置に維持されることができる。
【０２７６】
一方、本発明の一実施形態によれば、粒子に印加される電場のパターン（印加領域、印加時間など）を調節するか、粒子から反射される光の透過度又は遮断率を調節する光調節層を利用することで、表示装置上に表示されるカラーの明度を調節できる。
【０２７７】
図３１は、本発明の一実施形態によって粒子から反射される光の表示面積を調節する構成を例示的に示す図である。
【０２７８】
図３１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置３１００は、９つの単位セル３１１０を含むことができ、各単位セル３１１０に独立して印加される電場によって各単位セル３１１０は、互いに独立して制御され得、各単位セル３１１０をカバーする下部電極３１２２、３１２４、３１２６は、暗い色を有する物質を含むか、暗い色を有するカラー層（図示せず）によってカバーされ得る。本発明の一実施形態によれば、表示装置３１００上に所望の明度のカラーを表示するために、計９つの単位セル３１１０のうち、一部の単位セルに対してのみ適切な電場を印加して一部の単位セルで光結晶によるカラーが表示されるようにし、反対に、残りの単位セルに対しては電場を印加しないため、残りの単位セルでは光結晶によるカラーが表示されず、下部電極のカラー又は粒子による散乱カラーによる暗いカラーが表示されるようにすることができる。更に、各単位セルに印加される電場を調節して光結晶によるカラーが表示される単位セルの数を増加させれば、暗いカラーが表示される面積に比べて光結晶によるカラーが表示される面積が広くなるため、光結晶によるカラーの明度が高くなり、光結晶によるカラーが表示される単位セルの数を減少させれば、暗いカラーが表示される面積に比べて光結晶によるカラーが表示される面積が狭くなるため、光結晶によるカラーの明度が低くなり得る。即ち、光結晶を形成させることができる所定の電場が印加される単位セルの数が多いほど、光結晶によるカラーが表示される単位セルの数、即ち、光結晶によるカラーが表示される領域の面積が増加して明度が高くなる。また、下部電極を黒色の電極にし、光結晶反射モードを実現する画素の数と透過度調節モードを実現する画素の数を適切に組み合わせることで、明度を調節することもできる。
【０２７９】
図３２は、本発明の一実施形態によって粒子から反射される光の表示時間を調節する構成を例示的に示す図である。
【０２８０】
図３２を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置は、粒子に電場が印加される時間を調節でき、暗い色を有する物質を含むか、暗い色を有するカラー層（図示せず）によってカバーされる下部電極を含むことができる。本発明の一実施形態に係る表示装置は、粒子に対して電場を周期的に印加するものの、表示装置上に所望の明度のカラーを表示するために、電場が印加される時間と電場が印加されない時間の比率を調節できる。より具体的に、電場が印加される時間が、電場が印加されない時間に比べて増加すれば、光結晶によるカラーが表示される時間が、暗いカラーが表示される時間に比べて長くなるため、光結晶によるカラーの明度が高くなり、反対に、電場が印加される時間が、電場が印加されない時間に比べて減少すれば、光結晶によるカラーが表示される時間が、暗いカラーが表示される時間に比べて短くなるため、光結晶によるカラーの明度が低くなり得る。即ち、所定の光結晶を形成させることができる電場が印加される時間が長いほど、光結晶によるカラーが表示される時間が増加するため、光結晶によるカラーの明度が高くなる。
【０２８１】
図３３は、本発明の一実施形態によって光調節層を用いて明度を調節する構成を例示的に示す図である。
【０２８２】
図３３を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置３３００は、光透過率又は光遮断率が調節され得る別個の光調節層３３３０を含むことができる。一般に、光透過度や光遮断率は、光の強度又は明るさに大きく影響を及ぼし得、更に光のカラーの明度を変化させることができるため、光透過率又は光遮断率が調節され得る光調節層３３３０を表示装置３３００の上部に配置させ、光調節層３３３０に入射される光の強度又は明るさを調節することで、表示装置３３００上に表示される光のカラーの明度を調節できるようになる。以下では、光調節層３３３０として適用され得る多様な構成について具体的に説明する。
【０２８３】
図３４及び図３５は、本発明の一実施形態によって光透過度を調節する光調節層の構成を例示的に示す図である。
【０２８４】
まず、図３４を参照すれば、本発明の一実施形態に係る光調節層３４００は、粒子３４１０の配列を制御することで、光透過度を制御できる。より具体的に、電気泳動粒子３４１０が光調節層３４００内で不規則に分散されている場合、電気泳動粒子３４１０による光の反射又は散乱によって光透過度が低くなり、これにより光のカラーの明度が低くなるが（図３４の（ａ）参照）、電気泳動粒子３４１０が光の進行方向と平行な方向に規則的に配列される場合には、光の進行が妨げられる程度が低いため、光透過度が高くなり、これにより光のカラーの明度が高くなる（図３４の（ｂ）参照）。また、図示されてはいないが、前述したように、光結晶透過度調節モードを用いる層を光調節層として用いることもできる。
【０２８５】
次に、図３５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る光調節層３５００は、電気泳動粒子３５１０の位置を制御することで、光透過度を制御できる。より具体的に、電気泳動粒子３５１０が光調節層３５００内で不規則に分散されている場合、電気泳動粒子が３５１０による光の反射又は散乱によって光透過度が低くなり、これにより光のカラーの明度が低くなるが（図３５の（ａ）参照）、電気泳動粒子３５１０が狭い面積を有する下部電極３５５０側に移動する場合には、光の進行が妨げられる程度が低くなるため、光透過度が高くなり、これにより光のカラーの明度が高くなる（図３５の（ｂ）参照）。
【０２８６】
図３６は、本発明の一実施形態によって光遮断率を調節する光調節層の構成を例示的に示す図である。
【０２８７】
図３６を参照すれば、本発明の一実施形態に係る光調節層３６００は、電場により親水性又は疏水性特性が変わることによって、その分布面積が変わり得る光遮断物質３６１５を含むことができ、このような光遮断物質３６１５に印加される電場の強度及び方向のうちの少なくとも１つを調節して光遮断物質３６１５が表示領域、即ち、表示装置の表示部（図示せず）をカバーする面積を制御することで、光遮断率を調節できる（electro-wetting）。より具体的に、光遮断物質３６１５が表示領域の大部分をカバーしている場合に、光遮断率が高いため、光のカラーの明度が低くなるが（図３６の（ａ）参照）、光遮断物質３６１５が表示領域の一部分のみをカバーしている場合には、光遮断率が低いため、光のカラーの明度が高くなる（図３６の（ｂ）参照）。
【０２８８】
但し、本発明に係る表示装置に適用され得る光調節層が必ずしも前記列挙したものに限定されるものではなく、光の進行を妨げる粒子の濃度を調節する装置など多様な手段が本発明に係る光調節層に適用されることもあり得る。液晶のように、電圧によって光の透過度が変更され得る装置や、電圧によって親水性／疏水性の特性が変わり、表面にある溶液の面積が変化することによって光透過度が調節される装置や、電圧によって粒子の動きを制御することによって光透過度が調節される装置などが使用され得る。また、ＥＤ（Electrochromic Devices）、ＳＰＤ（Suspended Particle Devices）、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal devices）、ＭＢ（Micro-Blinds）なども光調節層として適用され得る。
【０２８９】
一方、本発明の一実施形態によれば、無彩色を表示するセルと有彩色を表示するセルを空間的に又は時間的に結合することで、表示装置上で表示されるカラーの彩度を調節できる。
【０２９０】
まず、図３１に示す明度調節方法と同様に、無彩色が表示される面積と有彩色が表示される面積を調節することで、表示装置上で表示されるカラーの彩度を調節できる。より具体的に、各単位セルに印加される電場を調節して有彩色が表示される単位セルの数を増加させれば、無彩色が表示される面積に比べて有彩色が表示される面積が広くなるため、表示装置上に表示されるカラーの彩度が高くなり、有彩色が表示される単位セルの数を減少させれば、無彩色が表示される面積に比べて有彩色の面積が狭くなるため、表示装置上に表示されるカラーの彩度が低くなり得る。
【０２９１】
次に、図３２に示す明度調節方法と同様に、無彩色が表示される時間と有彩色が表示される時間を調節することで、表示装置上で表示されるカラーの彩度を調節できる。より具体的に、有彩色が表示されるようにする電場が印加される時間が、無彩色が表示されるようにする電場が印加される時間に比べて増加すれば、表示装置上に表示されるカラーの彩度が高くなり、反対に、有彩色が表示されるようにする電場が印加される時間が、無彩色が表示されるようにする電場が印加されない時間に比べて減少すれば、表示装置上に表示されるカラーの彩度が低くなる。
【０２９２】
一方、図３７は、本発明の一実施形態によって互いに異なる電荷を有する粒子を用いて光結晶性ディスプレイを実現する表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０２９３】
まず、第１モードの場合を説明すれば、以下の通りである。図３７を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置３７００の表示部３７１０は、互いに異なる電荷を有する粒子、即ち、負電荷を有する粒子３７１２及び正電荷を有する粒子３７１４を何れも含むこともでき、表示部３７１０に電場が印加されることによって負電荷を有する粒子３７１２及び正電荷を有する粒子３７１４は、それぞれ反対方向に移動して規則的に配列されることができる。例えば、電場印加部の上部電極３７２０が正極であり、下部電極３７２５が負極である場合、負電荷を有する粒子３７１２及び正電荷３７１４を有する粒子は、それぞれ上部電極３７２０方向及び下部電極３７２５方向に移動して粒子の間でそれぞれ所定の間隔を維持した状態で光結晶として配列され得る。このような場合、本発明の一実施形態に係る表示装置３７００は、両面（即ち、上部電極３７２０側面及び下部電極３７２５側面）でそれぞれ任意の波長範囲の光を反射させることができるようになり、これにより両面ディスプレイを実現できる。更に、負電荷を有する粒子３７１２と正電荷を有する粒子３７１４の電荷量が互いに異なる場合には、電場を印加することによって負電荷を有する粒子３７１２間の間隔と正電荷を有する粒子３７１４間の間隔が互いに異なるようになり得るので、本発明の一実施形態に係る表示装置３７００は、両面で互いに異なる波長範囲の光を反射させることができるようになり、これにより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もできるようになる。
【０２９４】
次に、第２モードの場合を説明すれば、以下の通りである。表示装置３７００に含まれる負電荷を有する粒子３７１２及び正電荷を有する粒子３７１４は、それぞれ固有のカラーを有していることもできる。このような場合、図３７の場合と同様に、上部電極３７２０及び下部電極３７２５に印加される電場の方向のみを調節することで、表示装置の上部及び下部にそれぞれ互いに異なるカラーを表示できるようになる。例えば、負電荷を有する粒子３７１２が黒色であり、正電荷を有する粒子３７１４が白色である場合に、上部電極３７２０に正の電圧を印加すれば、負電荷を有する黒色粒子３７１２が上部電極３７２０側に移動して表示装置の上部に黒色が表示され得、上部電極３７２０に負の電圧を印加すれば、正電荷を有する白色粒子３７１４が上部電極３７２０側に移動して表示装置の上部に白色が表示され得る。
【０２９５】
このように、図３７のように、両面が表示される表示装置でやはり第１モードと第２モード間で互いに切り替えられ得る。また、下部電極が大電極と局部電極とに分割される場合において、両面が表示される表示装置において、第１モード、第２モード及び第３モード間で切替が互いに可能になる。
【０２９６】
一方、図３８〜図４０は、本発明の一実施形態によって電極をなす電極をパターニングする構成を例示的に示す図である。
【０２９７】
まず、図３８を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電極の下部電極３８２５（又は上部電極３８２０）上に格子状の絶縁層３８３０が形成され得、これにより下部電極３８２５（又は上部電極３８２０）が一定間隔でパターニングされ得るようになる。
【０２９８】
図３８に示す表示装置によれば、電極のパターニング間隔を数ｕｍ〜数百ｕｍ程度で実現することで、電荷を有する粒子の電気流体力学的な動きによって粒子の配列状態が不均一に現れるのを防止できるようになり、これにより均一なディスプレイを実現できるようになる。特に、図３８に示す表示装置によれば、多くの時間と費用が要求されるカプセル化やセル区画化などの複雑な工程を経なくても、電気流体力学的な動きによる粒子の偏り現象を効果的に防止できるようになるという効果が達成される。
【０２９９】
次に、図３９を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電極の下部電極（又は上部電極）は、２つの電極（第１電極３９２０及び第２電極３９２５）に分けられて構成され得る。より具体的に、図４０を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電極の下部電極（又は上部電極）を構成する第１電極４０２０及び第２電極４０２５は、互いに交差する鋸歯状にパターニングされ得る。
【０３００】
図３９及び図４０に示す表示装置によれば、一方の基板にのみ電極を実現してもよいため、コスト削減の側面から有利になり得、電場が印加されることによって、粒子が移動する距離を短縮させることで、表示装置の動作速度を速くできるという効果が達成される。
但し、本発明に係る電極パターンが必ずしも前記列挙したものに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内で、即ち、電場によって粒子の間隔が制御され得る範囲内で適切に変更され得ることを明確にしておく。
【０３０１】
一方、図４１は、本発明の一実施形態に係る表示装置がスペーサを含む構成を例示的に示す図である。
【０３０２】
図４１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置４１００は、２つの電極４１２０の間に配置され、２つの電極４１２０の間隔を調節する機能を行うスペーサ粒子４１３０を含むことができる。より具体的に、上部及び下部電極４１２０と接触するスペーサ粒子４１３０は、熱エネルギー、光エネルギーなどのエネルギーによって上部及び下部電極４１２０に固着され得、これにより上部及び下部電極４１３０が一定の間隔を置いて配置されたフィルム状で製作され得る。本発明の一実施形態によれば、スペーサ粒子４１３０は、ポリスチレンのような有機物又はシリコン酸化物のような無機物を含んで構成されることができる。電極としてＩＴＯガラスを用いる場合、コストが高いため、本発明のように、透明電極がコーティングされたフレキシブルなフィルム状の基板にスペーサが適用されれば、製作コストを顕著に低減できるという効果を達成できる。
【０３０３】
本発明の一実施形態によれば、前記粒子が分散された液体は、ＯＤＦのような装備を用いて全面に塗布するか、空気の圧力差を用いて上下部電極の間に充填するか、グラビアオフセットなどの方法でプリンティングすることもできる。
【０３０４】
図４２は、本発明の一実施形態によって太陽電池部を含む表示装置の構成を例示的に示す図である。
【０３０５】
図４２を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置４２００は、表示装置４２００を透過する光を用いて起電力を発生させ、貯蔵する機能を行う太陽電池部４２３０を更に含むことができる。本発明の一実施形態によれば、太陽電池部４２３０によって発生した起電力は、電極４２２０に印加される電圧を発生させるのに使用され得、これにより、表示装置４２００は外部からの電源供給に依存しなくても、以上で説明した光結晶性ディスプレイを実現できるようになる。但し、本発明に係る表示装置と太陽電池部との組み合わせが必ずしも前記列挙し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、表示装置を駆動する以外に他の用途にも使用され得る。
【０３０６】
図４３は、本発明に係る表示装置を発光型表示装置と結合させた構成を例示的に示す図である。
【０３０７】
図４３を参照すれば、本発明に係る表示装置４３１０、４３２０と別個の発光型表示装置４３３０、４３４０を結合できる。より具体的に、本発明に係る表示装置４３１０、４３２０の下部に発光型表示装置４３３０、４３４０を結合させ、反射型表示装置４３１０、４３２０と発光型表示装置４３３０、４３４０を互いに独立して駆動させることで、本発明に係る表示装置４３１０、４３２０が動作する場合には、本発明の一実施形態に係る第１、第２又は第３モードによるカラーが表示され、反対に発光型表示装置４３３０、４３４０が動作する場合には、所定のバックライト（back light）で発生してカラーフィルタを透過した光が表示され得る。即ち、発光型モードと反射型モードを互いに混用できる。参照符号４３２０は、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタを示し、発光型モードでは、反射型装置における粒子を局部電極に移動させて透過度を大きくすることができる。本発明に係る表示装置と発光型表示装置を結合すれば、本発明に係る表示装置のみを用いる場合と対比して、表示可能なカラーの範囲が広くなるという効果が達成され得る。一方、発光型表示装置が蛍光体を含む場合に現存する蛍光体で実現できない色もやはり実現できる。また、図面には示されていないが、外部光源が上部電極上に存在するため、周辺光のない暗い状況でも反射型表示モードが実現されるようにすることができる。
【０３０８】
モードの維持
【０３０９】
本発明の一実施形態によれば、粒子間の間隔を制御する機能をする電場が遮断された後も、粒子間の間隔が制御された状態でそのまま維持されるようにすることができ、そのために、粒子が分散されている溶媒内に所定の添加剤を含めることができる。
【０３１０】
より具体的に、本発明の一実施形態によれば、強い親和性を有する部分（anchoring group、以下「アンカー」という）を１つ有する分散剤（例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（polyoxyethylene lauryl ether））、アンカーを１つ以上有するポリソルベート（polysorbate）系の分散剤（例えば、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート（polyoxyethylene sorbitan monolaurate）、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート（polyoxyethylenesorbitan monooleate）、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート（polyoxyethylene sorbitan monostearate））などのように分子構造が複雑なポリマー形態の物質を添加剤として添加できるが、このような添加剤によって溶媒内に分散された粒子が動きに制限を受けるようになる。
【０３１１】
また、本発明の一実施形態によれば、分子鎖を有するポリマーが添加された溶媒内に電荷を有する粒子を分散させれば、粒子が溶媒内で移動する上で抵抗が大きくなるため、外部から印加される電場が遮断された後も、その位置が固定され得る。
【０３１２】
更に、本発明の一実施形態によれば、粒子の表面にある機能基（functional group、−OH group）と水素結合のような化学的結合が可能な機能基（親水性基、hydrophilic grouｐ）を有する添加剤を溶媒内に添加させることで、添加剤が粒子の表面に持続的に吸着されるようにし、粒子周辺に膜を形成することで、粒子を安定化させることができる。
【０３１３】
また、本発明の一実施形態によれば、溶媒内に添加される添加剤に含まれている疏水性基（liphophilic group、alkyl chain）の鎖に存在するアルキル成分によって立体障害効果が発生することにより、溶媒の粘度を増加させることができ、これにより、溶媒内に含まれている粒子の動きが制限され得る。更に、複雑な構造を有するポリマーを溶媒内に多量添加することで、溶液の粘度をより一層高めることもできる。
【０３１４】
即ち、粒子と親和力を有する添加剤或いは溶媒と親和力を有する添加剤を添加することで、粒子が溶媒内で動きに制限を受けられる。また、複雑な立体構造や鎖構造を有するポリマーを溶媒内に添加剤として添加することで、添加剤の複雑な構造により粒子の移動を制限することもできる。
【０３１５】
一方、前記溶媒として相変化物質を用いることで、粒子の移動が容易な状態（例えば、粘性の低い液体）で電圧を印加して一定の距離に粒子間の間隔を調節し、外部電圧を遮断する前に外部からの光、圧力、温度、化学反応、磁場、電気などの刺激を通じて溶液の状態を粒子の移動が難しい状態（例えば、固体或いは粘性の高い液体）に変換させることで、結果として、外部電圧が遮断されても、粒子間の距離を一定に維持することもできる。
【０３１６】
或いは、電圧の遮断後に、粒子の間隔が次第に無秩序になるのを防止するために、一定の電圧を周期的に加えることで（Refresh）、粒子間隔を一定の距離に維持することもできる。
【０３１７】
前記のような方法で電圧の遮断後にも、距離を一定に維持するようにするためには、粒子と溶媒の比重が最小化されることが有利であるため、粒子に比重の異なる物質をコーティングするか、あるいは溶媒に比重の異なる物質を添加することもできる。
【０３１８】
従って、本発明の一実施形態によれば、電場が印加されることによって、所定の間隔を維持した状態で規則的に配列された粒子は、電場が遮断されても、その規則的な配列を維持できるようになる。このような効果は、添加剤の量が多いほど、又は添加剤の分子量が大きいほど、更に顕著に現れ、特に、粒子と溶媒間の比重差を減少させることで、前記のような効果を増大させることができる。また、本発明の一実施形態によれば、後述するカプセル、セル、水滴型カプセルなどの複雑な構成を採用しなくても、溶媒に簡単に添加剤を含めることで、優れたディスプレイ特性を有する表示装置を生産できるようになる。
【０３１９】
また、本発明の一実施形態によって、ポリマー安定剤が粒子と共有結合する構成も考慮できる。このポリマー安定剤及び粒子は、このような共有結合を形成するために、互いに相補的な化学的機能性を有する。このポリマー安定剤は、溶媒内に添加され得る。
【０３２０】
更に、本発明の一実施形態によって、粒子はポリマーコーティングされ、このポリマーコーティングは第１機能基を含む。また、第２機能基を有するポリマーが溶媒内に添加され、第２機能基は第１機能基に対して引力が作用し、溶媒内のポリマーは、粒子と結合体（complex）を形成することもできる。
【０３２１】
このように電場が遮断された後も、表示部で色が継続して維持されるため、電力の消費が小さくなり、安定的、且つ、信頼するだけのフレーム又は外装の色が継続して維持され得る。
【０３２２】
一方、本発明の一実施形態では、ゲル（gel）形態の溶液内に作用基を含む網構造と、ゲル溶液内に分散されており、作用基を含む粒子で構成され、前記粒子の作用基と網構造の作用基が結合されている構成も考慮され得る。
【０３２３】
一実施形態において、前記ゲル状態の溶液の作用基或いは前記粒子を構成する作用基は、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、カルボキシ基（−ＣＯＯＨ）、アミン基（−ＮＨ２）、アミド基（ＣＯＮＨ）、ホルミル基（−ＣＨＯ）、チオール基（−ＳＨ）、アクリル基（−ＣＨ２ＣＨＣＯＲ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０３２４】
一実施形態において、前記ゲル状態の溶液は、ポリビニルアルコール系、アガロース系、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）系、ポリサッカロイド系、ポリアミド系、ポリアクリレート系のうちの少なくとも１種類の水溶性高分子を含むことができる。
【０３２５】
一実施形態において、前記ゲル状態の溶液は、１２−ヒドロキシステアリン酸、ソルビタンエステル系（ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエートなど）、ポリソルベート系（ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエートなど）のように、分子内に長鎖の親油性基と反応作用基を含む単分子（monomer）又は高分子（polymer）がこれに該当する高分子を含むことができる。
【０３２６】
一実施形態において、ホウ酸、ジアルデヒド、ジカルボン酸、二無水物、酸塩化物、エピクロルヒドリン及びヒドラジドのうちの少なくとも１つを含む二官能基（bifunctional group）を有する架橋剤によって、前記溶液のゲル作用基と粒子の作用基が結合され得る。
【０３２７】
一実施形態において、熱エネルギー又は光エネルギーを印加するか、あるいは添加剤又は架橋剤が添加されることで、前記粒子の表面の作用基と前記溶液に含まれている作用基間の結合が制御され得る。
【０３２８】
一実施形態において、前記ゲル状態の溶液は、熱エネルギー又は光エネルギーを印加するか、あるいは添加剤又は架橋剤が添加されることで、ゾル（sol）状態に相変化され得る。
【０３２９】
実験結果
【０３３０】
まず、図４４〜図５１を参照して本発明の一実施形態によって第１モードを実現した実験結果について詳察する。
【０３３１】
図４４〜図４６は、本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を電気分極特性を有する溶媒に分散させた状態で電場を印加して粒子の間隔を調節することで、粒子からなる光結晶から反射される光の波長を制御する第１モードを実現した実験結果をグラフ及び写真で示す図である。参考までに、図４４〜図４６の実験において、負電荷に帯電され、シリコン酸化膜がコーティングされた１００ｎｍ〜２００ｎｍサイズの粒子が電荷を有する粒子として用いられ、極性指数が１より大きい溶媒が電気分極特性を有する溶媒として用いられ、粒子及び溶媒に対して電場を印加するために印加された電圧の強度は０Ｖ〜１０Ｖの範囲内で多様に設定された。一方、図４４に示すグラフは、多様な強度の電場が印加される場合に、粒子から反射される光の反射度を該当光の波長によって示すものであって、図４４において、電場の強度の変化による反射光の波長パターンの変化の程度が大きくなるほど、粒子の間隔が大きく変化することを意味し、これは他ならぬ電場の強度を制御することで、粒子から更に多様な波長の光を反射させることができることを意味する。
【０３３２】
図４４を参照すれば、印加される電場の強度（即ち、電圧の強度）によって粒子から反射される光の波長パターンが多様に変化することが確認でき、より具体的には、印加される電場の強度（即ち、電圧の強度）が増加するほど、粒子から反射される光の波長（特に、反射度が最大である波長）が短くなることが確認できる。図４４の実験結果によれば、印加される電場を強度（即ち、電圧の強度）が増加するほど、粒子から反射される光のカラーが赤色系列から青色系列に変化し、変化可能な波長範囲も可視光線帯域を何れもカバーできる程度に広範囲であることが確認できるが、図４５及び図４６を参照すれば、前記のような反射光のカラーの変化をＣＩＥダイヤグラム（図４５）とカメラ写真（図４６）で更に視覚的に確認できる。
【０３３３】
次に、図４７及び図４８は、本発明の一実施形態によって電荷を有する粒子を互いに異なる極性指数を有する多様な溶媒に分散させた状態で電場を印加して第１モードを実現する実験を行った結果、粒子から反射される光の波長をグラフとして示す図である。参考までに、図４７及び図４８の実験において、負電荷に帯電され、シリコン酸化膜がコーティングされた１００ｎｍ〜２００ｎｍサイズの粒子が電荷を有する粒子として用いられ、極性指数がそれぞれ０、２、４及び５に近い溶媒が電気分極特性を有する溶媒として用いられた。より具体的に、図３２のグラフ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、極性指数がそれぞれ０、２、４及び５である溶媒に対して行った実験結果を示し、図３３のグラフ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、極性指数が０である溶媒と極性指数が４である溶媒をそれぞれ９０：１０、７５：２５、５０：５０及び０：１００の割合で混合した溶媒に対して行った実験結果を示す。一方、図４７及び図４８に示すグラフは、多様な強度の電場が印加される場合に、粒子から反射される光の反射度を可視光線帯域の波長範囲で示すものであって、電場の強度の変化による反射光の波長パターンの変化の程度が大きくなるほど、粒子の間隔が大きく変化することを意味し、これは他ならぬ電場の強度を制御することで、粒子から更に多様な波長の光を反射させることができることを意味する。
【０３３４】
図４７を参照すれば、極性指数が０である溶媒に対する実験結果を示すグラフ（ａ）では、電場の強度（即ち、電圧の強度）が変化しても、反射光の波長パターンが殆ど変わらないことが確認でき、極性指数が高くなるほど（即ち、グラフ（ａ）から（ｄ）へ行くほど）、電場の強度（即ち、電圧の強度）による反射光の波長パターンの変化が大きく示されることが確認できる。また、図４８を参照すれば、極性指数が高い溶媒の比率が増加するほど（即ち、グラフ（ａ）から（ｄ）へ行くほど）、電場の強度（即ち、電圧の強度）による反射光の波長パターンの変化が大きく示されることが確認できる。
【０３３５】
以上で説明した実験結果に照らしてみるとき、本発明の一実施形態に係る表示装置によれば、粒子の電荷量又は分極量、溶媒の分極量又は印加される電場の強度を適切に調節することで、第１モードで任意の波長の光を反射できる光結晶を実現できるようになり、これにより任意の波長範囲の（spectrum）ディスプレイを実現できるようになることが確認できる。
【０３３６】
次に、図４９及び図５０は、本発明の一実施形態によって電荷を有し、電気分極特性を有する粒子を溶媒に分散させた状態で電場を印加して第１モードを実現する実験を行った結果、粒子から反射される光をグラフ及び写真として示す図である。参考までに、図４９及び図５０の実験において、それぞれ電荷を有するように帯電されたＳｒＴｉＯ３粒子（図４９の（ａ）参照）及びＢａＴｉＯ３粒子（図４９の（ａ）参照）が電荷を有し、電気分極特性を有する粒子として用いられ、前記粒子を極性指数が０である溶媒に分散させた。
【０３３７】
図４９を参照すれば、粒子及び溶媒に印加される電場の強度が大きくなるほど、光の反射度が全般的に低くなることが確認できる。このような実験結果は、電場が印加されることによって、溶媒内に分散された粒子が電気分極され、電場方向に配列され得（図５０の（ｂ）参照）、このような配列によって入射光を反射させることができる粒子の数が少なくなるようになり、光の反射度が減少するものと解釈され得る。たとえ、本実験では電気分極特性を有する粒子を無極性溶媒に分散させた状態で電場を印加する構成を用いて反射光の波長を急激に変化させることはできなくても、電場が印加されることによって、粒子が一定の方向に配列されることを確認し、これから粒子表面の電荷などの条件を最適化することで、反射光の波長も変化させることができると見られる。
【０３３８】
一方、図５１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の観察角に対する依存度（即ち、表示装置の視野角）に対する実験を行った結果を示す図である。
【０３３９】
図５１の（ａ）を参照すれば、本発明の一実施形態に係る表示装置に対する視野角が２０゜から７０゜まで変化しても、反射される光のカラーパターン５１１０〜５１６０に殆ど変化がないことが確認できる。従来の光結晶性表示装置は、視野角によってカラーパターンの変化が大きく示されるという短所があるが、本発明に係る表示装置は、視野角によるカラーパターンの変化が殆どなく、一定に示されるという長所を有していることが分かる。このような長所は、本発明に係る表示装置により形成される光結晶が短距離秩序（short range order）を有する擬似光結晶（準結晶、quasi crystal）であるという点に起因するものと解釈され得るが、これにより、本発明に係る表示装置は、長距離秩序（long range order）を有する光結晶を形成するだけである従来の表示装置に対比するとき、ディスプレイの性能が遥かに向上され得るようになる。図示のように、一実施形態によれば、視野角が２０゜から７０゜の間で変化すれば、反射される光はＣＩＥ  ｘｙ色度座標でｘ値及びｙ値は５％以内で変化するようになる。また。本発明の一実施形態によれば、このように短距離秩序が発生する理由は、直流電圧を印加して電場を発生する場合に現れるようになるが、これにより、３次元的に短距離秩序の配列で粒子が規則的に配列されるようになる。これにより、通常の長距離秩序の配列を有する表示装置よりも優れた視野角特性を得ることができる。また、このように視野角特性が優れるようにするために、直流電圧が印加されるか、直流電圧成分を含む交流電圧が印加され、電場が形成されることが好ましい。
【０３４０】
また、図５１の（ｂ）を参照すれば、従来の一般的な光結晶の場合に視野角が変わることによって、反射光の波長が大きく変わるのに対し（５１７０）、本発明の一実施形態に係る表示装置の場合には、視野角が変化しても反射光の波長が殆ど変わらないことが確認できる（５１８０、５１９０）。
【０３４１】
次に、図５２〜図５７を参照して本発明の一実施形態によって第１、第２及び第３モードのうちの何れか１つのモードを切替可能に選択的に行う表示装置を実現した実験結果について詳察する。
【０３４２】
図５２は、本発明の一実施形態によって第１及び第２モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。参考までに、図５２の実験において、粒子と溶媒が混合されて赤色を固有のカラーとして有する溶液を用い、印加される電場の強度を段階的に増加させた。
【０３４３】
図５２を参照すれば、電場が印加されない場合には、粒子が溶媒内で不規則に分散されて溶液の固有のカラーである赤色が表示され（第２モード、図５２の（ａ）参照）、電場が印加されることによって粒子の間隔が制御されて光結晶が形成されれば、溶液の固有のカラーである赤色及び光結晶から反射される光のカラーが表示され（第１モード、図５２の（ｂ）参照）、結果として、溶液の固有色及び光結晶カラーを混合的に表示できることが確認できる。（第１モード、図５２の（ｃ）及び（ｄ）参照）。
【０３４４】
図５３及び図５４は、本発明の一実施形態によって第１及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。参考までに、図５３及び図５４の実験では、電気分極特性を示し、可視光線帯域の光を透過させる透明な溶媒、同一の電荷に帯電された粒子、透明電極を用い、印加される電場の強度を段階的に増加させた。また、透明度の変化を確認するために、下部電極の下に特定パターンを形成させて表示部を通じた特定パターンの表示有無を観察した。図５３を参照すれば、電場の強度が相対的に小さい場合に、間隔が制御された粒子からなる光結晶から可視光線帯域の光が反射されることで、表示装置上に青色のカラーが表示されることが確認できる（第１モード、図５３の（ａ）及び（ｂ）参照）。しかしながら、電場の強度が相対的に大きい場合には、光結晶から反射される光の波長範囲が可視光線帯域から紫外線帯域へ次第にシフトすることによって、表示装置上に表示される青色のカラーが顕著に薄くなったことが確認でき（第１モード、図５３の（ｃ）参照）、電場の強度が更に大きくなった場合には、光結晶によって反射される光の波長範囲が可視光線帯域から完全に逸脱することによって、表示装置は何らのカラーも表示されないまま透明な状態となって光透過度が高くなることが確認できる（第３モード、図５３の（ｄ）及び（ｅ）参照）。
【０３４５】
図５４は、同一の電荷に帯電され、電気分極を示す強誘電体粒子を電気分極を示す透明溶媒に分散させた後、外部から電場を印加することによって反射度を測定したものであって、外部から電場を印加しない場合には、溶液カラー５４１０を示すが、外部から所定範囲の電場を印加すれば、粒子の配列により光結晶カラー５４２０を示し、より大きい電場を印加すれば、光結晶の反射光が紫外線領域に切り替わるだけでなく、電場方向に粒子間の配列効果がより大きく現れ、次第に反射光が減少（透過光が増大）する（５４３０）ことが分かる。即ち、所定範囲以上では粒子間の同一電荷による斥力よりは電気分極による引力効果がより大きく現れ、粒子配列の効果が更に支配的に現れることが分かる。
【０３４６】
図５５Ａ、図５５Ｂ、図５５Ｃ及び図５６は、本発明の一実施形態によって第２及び第３モードのうちの何れかのモードを切替可能に選択的に行う表示装置に対する実験結果を示す図である。図５５Ａ、図５５Ｂ、図５５Ｃ及び図５６は、光透過性溶媒に同一符号に帯電され、電気分極効果が大きい強誘電体粒子を分散させた後、５０ｕｍの高さを有する透明な上下部電極の間に充填させた後、外部電圧の印加によって溶液を通過する透過光及び反射光の変化の程度（図５５Ａ、図５５Ｂ、図５５Ｃ）及び上部電極に表示される領域をカメラで測定（図５６）した。参考までに、図５５Ａ、図５５Ｂ、図５５Ｃにおける透過光の測定時には、上下部透明電極を用い、反射光の測定時には、下部電極に黒色の色板を位置させて測定した。図５６の実験では、赤色から青色まで多様なカラーを格子状で含んでいる固有のカラーパターンを透明な下部電極の下部に位置させて用い、印加される電場の強度を段階的に増加させ、カメラで上部電極に表示されるパターンを測定した。
【０３４７】
図５５Ａを参照すれば、電場の強度が０Ｖから１０Ｖに増加することによって、光透過度が次第に増加することが確認できるが、これは、溶液のカラーが表示される第２モードから光透過度が制御される第３モードに連続的、且つ、可変的に切り替えられる過程を示すものである。図５５Ｂから分かるように、透明度は、電場の強度が増大することによって漸進的に変化させることができることが分かり、図５５Ｃは、印加電圧によって透過度及び反射度の変化を示すものであって、５Ｖの電圧を印加する際に反射度の変化幅は１６％（２５％−９％）であり、透過度の変化幅は６０％（６７％−７％）に変化し、動作速度は１ｓｅｃ以下であることが分かる。このような透過度或いは反射度の変化を利用すれば、ｅ−Ｂｏｏｋのように情報を表示する素子としても活用され得ることが分かり、情報表示素子として用いられる場合、電場が印加されなければ、白色溶液カラーが表示され、電場が印加されれば、黒色の下部電極が表示されるようにするか、逆に黒色の溶液と白色の下部電極を使用すれば、効果的に情報を表示できる。
【０３４８】
図５９は、モード実現及びあらゆる切替実現のための波長、印加電圧及び反射度間の関係を示すグラフである。本発明の全般において、溶媒に分散された粒子が一定の間隔或いは特定の配列をするためには、粒子相互間に作用する力の均衡度によって影響を受けるようになる。特に、粒子或いは溶媒が外部電場によって誘発された電気分極量が変化する場合、誘発された電気分極により粒子間に及ぶ電極分極引力が変化するようになり、粒子間の反発力の大きさによって粒子の動きに影響を及ぼすようになる。
【０３４９】
まず、本発明の一実施形態において、粒子間反発力（同一符号の電荷コーティングによるクーロン反発力又は立体障害効果による反発力）が作動範囲内での電場の印加によって誘発される電気分極による最大引力と同等な強度で作用する場合、作動範囲内で電場を印加することによって粒子間の電気分極による引力と前記記述された粒子間反発力の均衡により粒子間で一定の距離を維持するようになり、特定の反射光が現れ、反射光の波長は、印加電圧が増大するほど、波長が短い側に連続的に変化するようになる（図５９（ａ））。
【０３５０】
本発明の他の実施形態では、粒子間反発力が閾電圧以上で誘発された電気分極力よりも小さい場合、閾電圧までは電場の印加によって粒子間反発力と誘発された電気分極引力が均衡をなし、反射光が変化するようになるが、閾電圧以上では反発力よりは電気分極引力が更に強く作用し、粒子は電場方向に配列され得るが、粒子間の距離は特定の距離に調節されないため、図５９（ｂ）のように、閾電圧以上の電圧では反射光が変化されるよりは透過度が増大（反射度が減少）する現象が現れるようになり得る。
【０３５１】
更に、粒子間反発力が電場の印加による電気分極引力に比べて相対的に小さい場合、図５９の（ｃ）のように、電場の印加によって誘発された電気分極引力によって粒子が電場方向に鎖のように配列される現象が主導的に現れるようになり、反射度の波長よりは反射度の強度のみ減少（透過度が増大）する現象が現れ得る。
【０３５２】
以上で説明した通り、本発明によれば、多様な色又は連続的な色及び透過度が単一画素内で簡単な構造で実現され得る。本発明によれば、多様な色、透過度、彩度及び明度が簡単な構造で調節され得る。本発明によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの混色による色の実現ではなく、連続的な波長の光を反射させることで、連続的な波長の色を実現できる。本発明に係る表示方法は、大型面積表示、簡単な表示方法、連続的な色実現、フレキシブルな表示領域での使用、低電力消費の表示を同時に満たすことができる。また、本発明に係る表示装置によれば、電荷を有する粒子を独立して制御することで、多様、且つ、精密なディスプレイを実現できるようになり、表示装置のメンテナンスを容易にするという効果が達成される。特に、特定のカラーのみを表示でき、特定のカラーと他のカラーを表示するためには、別個のカラーフィルタを使用しなければならない電子インクなどの既存のディスプレイに対比するとき、本発明に係る表示装置は、別途のカラーフィルタを使用しなくても、全波長範囲の構造色を効果的に表示するディスプレイを実現できるという点でその効用性が認められると言える。
【０３５３】
以上の実施形態において、光結晶性を用いた表示装置に焦点を当てて記述したが、本発明の構成は、色可変ガラス、色可変壁紙、色可変太陽電池、色可変センサ、色可変ペーパー、色可変インク、偽造防止タグなど多様な分野に応用されることもできる。例えば、本概念を利用して検出対象となる化学反応から得られる化学的信号を電気的信号に変化させて任意の色でディスプレイすることで、高価な測定装備なしに検出が可能な携帯用バイオセンサを製作でき、本発明の表示装置に用いられる溶媒として、光、熱、圧力などにより相変化され得る物質などを使用すれば、任意のカラーを安定的、且つ、固定的に反射する電子ペーパー、電子インクなどを実現することもできる。また、本発明に係る表示装置に含まれる粒子又は溶媒に蛍光物質或いは量子ドット（Quantum Dot：ＱＤ）のような物質を含めることで、明るい環境では光結晶を用いたディスプレイを実現し、暗い環境或いは紫外線環境では蛍光或いは量子ドットを用いたディスプレイを実現することもできる。
【０３５４】
以上のように、本発明では具体的な構成要素などのような特定の事項と限定された実施形態及び図面により説明されたが、これは、本発明のより全般的な理解を促進するために提供されたものであって、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する分野において通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。
【０３５５】
従って、本発明の思想は、説明された実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等であるか、等価的な変形がある全てのものは、本発明思想の範疇に属すると言える。
【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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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５Ａ】
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【図５５Ｂ】
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【図５５Ｃ】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【国際調査報告】
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