(57)【要約】【課題】界面動電現象を利用して、シンプルな構造で安定した表示動作を可能にする。【解決手段】下基板２と上基板３とで挟まれる二層多孔質膜４に多数の孔７を形成し、各孔７内に透光性液体８と微粒子９とを充填する。上部電極６と下部電極５との間に電圧を印加すると、電気泳動に基づく微粒子９移動が生じる。微粒子９の位置が上層透明多孔質膜４ａ側になると白色表示がなされ、微粒子９の位置が下層黒色多孔質膜４ｂ側になると黒色表示がなされる。下層の多孔質膜をＲＧＢ３原色などが周期的に繰返すようにしたり、透明な上基板３上にカラーフィルタを配置すれば、カラー表示を行うこともできる。微粒子９の代りに、気泡内添微粒子や気泡自体を用いることもできる。【選択図】　　　図１
2004054029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状で、厚み方向に貫通する複数の孔が分散して形成され、該厚み方向に、少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化する多孔質体と、
該多孔質体の各孔にそれぞれ充填され、透光性を有する部分、および該透光性を有する部分とは光学的性質が異なる部分を有し、該光学的性質が異なる部分は電圧の印加で該厚み方向に位置を変えることが可能な液体と、
該液体が該孔に充填されている各孔を封止するように、該多孔質体を該厚み方向の両側から挟み込み、少なくとも一方側が透光性を有する一組の基材と、
該一組の基材のうちの該一方側に設けられる透明電極と、
該一組の基材のうちの他方側に設けられ、該透明電極との間で、該孔内の液体に対して電界印加が可能な対向電極とを含むことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記液体で光学的性質が異なる部分は、該液体を分散媒として分散している微粒子であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記微粒子は、少なくとも１個の気泡を内添する透光性材料で構成されることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記液体で光学的性質が異なる部分は、該液体中に含まれる気泡であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項５】
前記多孔質体は、前記厚み方向の少なくとも一部に着色部分を有し、
前記微粒子または前記気泡の位置を、該着色部分の位置に合うように電界制御すると、前記透光性を有する部分から入射する光を該着色部分で吸収させ、その反射光によって着色を表現することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記微粒子は白色微粒子であり、
該白色微粒子の位置を、前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界制御すると、該透光性を有する部分から入射する光を該白色微粒子の表面で乱反射させ、その反射光によって白色を表現することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項７】
前記気泡を内添する透光性材料の微粒子、または前記気泡の位置を、前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界制御すると、該透光性を有する部分から入射する光の光路を該気泡界面における該透光性材料、または該液体との屈折率差によって変化させ、反射光によって白色を表現することを特徴とする請求項３または４記載の表示装置。
【請求項８】
前記多孔質体の透光性を有する部分は、前記液体の透光性を有する部分、または前記の気泡を内添する微粒子の透光性材料の屈折率と同等であり、該屈折率は１．３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項９】
前記多孔質体は、前記一方側の基材に接する透光層と、他方側の基材に接する着色層との二層からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記多孔質体に形成される各孔は、前記透光層の表面から前記着色層の表面まで貫通する円筒形状を有することを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１１】
前記円筒形状の平均径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記多孔質体の着色層は、周期的に繰返す少なくとも３色のカラー着色パターンを有することを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１３】
前記多孔質体に形成する複数の孔の平均径は、該多孔質体の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１４】
前記多孔質体の各孔に充填される液体は、前記微粒子または前記気泡を複数個含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１５】
前記多孔質体および前記一組の基材は、有機化合物を含み、
前記透明電極および前記対向電極は導電性ポリマーを含み、
全体として可撓性を有することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項１６】
前記多孔質体の一方側で透光性を有する基材は、カラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板状の表示装置、特に界面導電現象を利用する薄型の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）や電気浸透（ｅｌｅｃｔｏｒｏｏｓｍｏｓｉｓ）のような界面動電現象（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）をディスプレイに応用することが提案されている。電気泳動ディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ
Ｄｉｓｐｌａｙ）としては、特公昭５０−１５１１５号公報で、絶縁性の分散液中に分散させた微粒子の位置を電界制御し、光学的反射特性を変化させて表示装置とする基本的なコンセプトが最初に提案されている。また、特開昭６４−８６１１６号公報では、電気泳動粒子を含む分散液を、メッシュ状あるいは多孔質状の有孔性スペーサの多数の透孔内に封入する技術を従来技術として紹介し、分散液をマイクロカプセルに包含する手法を提案している。
【０００３】
これとは別に、電気浸透をディスプレイに応用したもの（Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ　Ｄｉｓｐｌａｙ）が特公昭６１−３４６４８号公報に開示されている。これには、電気浸透により多孔質体への液体含浸率を制御して、表示素子としてのコントラストを得る方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭５０−１５１１５号公報に開示されている表示装置は、分散液中の微粒子の凝集や沈降に伴う特性劣化という寿命に関する本質的な課題を有する。特開昭６４−８６１１６号公報に開示されている表示装置では、微粒子の凝集や沈降の課題は改良されるかもしれないけれども、寿命・駆動電圧等には解決すべき課題を残している。特公昭６１−３４６４８号公報に開示されている電気浸透方式は、液体の蒸発、コントラスト不足、デバイス構造の複雑さ、均一性等の点で解決すべき課題を有し、未だ実用化には至っていない。
【０００５】
本発明の目的は、前述の電気泳動ディスプレイや電気浸透ディスプレイの課題を解決し、よりシンプルな構造で安定した動作が可能な界面動電現象利用の表示装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薄板状で、厚み方向に貫通する複数の孔が分散して形成され、該厚み方向に、少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化する多孔質体と、
該多孔質体の各孔にそれぞれ充填され、透光性を有する部分、および該透光性を有する部分とは光学的性質が異なる部分を有し、該光学的性質が異なる部分は電圧の印加で該厚み方向に位置を変えることが可能な液体と、
該液体が該孔に充填されている各孔を封止するように、該多孔質体を該厚み方向の両側から挟み込み、少なくとも一方側が透光性を有する一組の基材と、
該一組の基材のうちの該一方側に設けられる透明電極と、
該一組の基材のうちの他方側に設けられ、該透明電極との間で、該孔内の液体に対して電界印加が可能な対向電極とを含むことを特徴とする表示装置である。
【０００７】
本発明に従えば、表示装置は、多孔質体と、液体と、一組の基材と、透明電極と、対向電極とを含む。多孔質体は、薄板状で、厚み方向に貫通する複数の孔が分散して形成され、各孔には、透光性を有する部分と、その透光性を有する部分とは光学的性質が異なる部分とを有し、光学的性質が異なる部分は電圧の印加で厚み方向に位置を変えることが可能な液体が充填される。一組の基材は、液体が充填されている各孔を封止するように、該多孔質体を該厚み方向の両側から挟み込み、少なくとも一方側が透光性を有する。多孔質体は、厚み方向に、少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化する。一方側の基材に設けられる透明電極と、他方側の基材に設けられる対向電極との間に電圧を印加すると、多孔質体の孔に充填されている液体は、光学的性質が異なる部分の位置を厚み方向に変化させる。多孔質体は、厚み方向に、少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化するので、液体で光学的性質が異なる部分の位置が変化すると、孔の周囲の多孔質体の光学的性質と孔の中の液体の光学的性質との組合せが変化し、視覚的な変化をもたらして表示を行うことができる。液体は一組の基材で多孔質体が挟まれるというシンプルな構造で封止される各孔に分けて充填されているので、小さな空間に閉じこめられて、蒸発などによって失われることがなく、酸化や吸湿なども防いで、安定した表示動作を行わせることができる。
【０００８】
また本発明で、前記液体で光学的性質が異なる部分は、該液体を分散媒として分散している微粒子であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、多孔質体の孔に充填される液体柱に分散している微粒子は、固体であり、固体と液体との界面で電気化学的相互作用が発生して表面が帯電する。微粒子の周囲の液体には、電気二重層が形成され、電界の印加によって電気二重層内部に滑り面が生じ、電気泳動によって微粒子が移動する。微粒子が存在する部分と存在しない部分とは光学的性質が異なるので、電界による微粒子の移動で表示を行うことができる。液体と微粒子とを多孔質体内部に密閉した構造とするので、非常に簡単な構造で微粒子と液体とを小さな空間に閉じこめることができ、微粒子の凝集という問題を回避することができる。
【００１０】
また本発明で、前記微粒子は、少なくとも１個の気泡を内添する透光性材料で構成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、透光性材料中に少なくとも１個の気泡を内添するので、透光性材料と気泡との界面での屈折率差により、気泡を内添する微粒子が位置する付近の多孔質体の光学的性質が透光性を有すれば入射した光を乱反射・乱屈折させるので明るくなり、透光性を有しなければ暗くなって、表示を行うことができる。気泡は固体の透明材料中に内添されているので、気泡を安定して維持することができる。
【００１２】
また本発明で、前記液体で光学的性質が異なる部分は、該液体中に含まれる気泡であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、透明電極と対向電極との間に電圧を印加して、多孔質体の孔内の流体に電気浸透流を発生させ、気泡の位置を制御することができる。液体と気泡との界面で光が乱反射や乱屈折するので、気泡が位置する付近の多孔質体の光学的性質が透光性を有すれば明るくなり、透光性を有しなければ暗くなって、表示を行うことができる。気泡を含む液体と微粒子とを多孔質体内部に密閉した構造とするので、非常に簡単な構造で気泡と液体とを小さな空間に閉じこめることができ、液体の蒸発という問題を回避して長寿命化を図ることができる。
【００１４】
また本発明で、前記多孔質体は、前記厚み方向の少なくとも一部に着色部分を有し、
前記微粒子または前記気泡の位置を、該着色部分の位置に合うように電界制御すると、前記透光性を有する部分から入射する光を該着色部分で吸収させ、その反射光によって着色を表現することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、多孔質体の着色部分に、孔内の液体中の微粒子や気泡を位置させるように電圧で制御すれば、着色した光の反射を変えて、着色表示を行うことができる。
【００１６】
また本発明で、前記微粒子は白色微粒子であり、
該白色微粒子の位置を、前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界制御すると、該透光性を有する部分から入射する光を該白色微粒子の表面で乱反射させ、その反射光によって白色を表現することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、多孔質体の透光性を有する部分から孔内に入射する光は、白色微粒子の表面で乱反射される。透光性を有する部分に白色微粒子が位置していない場合には乱反射は生じないので、電圧印加で白色表示するか否かを制御し、良好なコントラストを表現することができる。
【００１８】
また本発明は、前記気泡を内添する透光性材料の微粒子、または前記気泡の位置を、前記多孔質体の透光性を有する部分に合うように電界制御すると、該透光性を有する部分から入射する光の光路を該気泡界面における該透光性材料、または該液体との屈折率差によって変化させ、反射光によって白色を表現することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、多孔質体の透光性を有する部分から孔内に入射する光は、気泡の表面で、気泡界面における屈折率差によって乱反射・乱屈折されて白色を表示する。透光性を有する部分に気泡または気泡を内添する微粒子が位置していない場合には乱反射や乱屈折は生じないので、電圧印加で白色表示するか否かを制御し、良好なコントラストを表現することができる。
【００２０】
また本発明で、前記多孔質体の透光性を有する部分は、前記液体の透光性を有する部分、または前記の気泡を内添する微粒子の透光性材料の屈折率と同等であり、該屈折率は１．３以上であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、多孔体および液体の透光性を有する部分、または気泡を内添する微粒子の透光性材料の屈折率を同等とするので、これらの界面での光の反射や屈折を少なくすることができる。これらの屈折率を１．３以上とするので、液中の微粒子や気泡との界面での全反射を生じる入射角の範囲が広くなり、表示のコントラストを向上させることができる。
【００２２】
また本発明で、前記多孔質体は、前記一方側の基材に接する透光層と、他方側の基材に接する着色層との二層からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、透明な合成樹脂フィルムやガラス板と、着色した合成樹脂フィルムやガラス板とを接合した後、多数の貫通孔を形成して多孔質体を製造することができる。
【００２４】
また本発明で、前記多孔質体に形成される各孔は、前記透光層の表面から前記着色層の表面まで貫通する円筒形状を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、孔を形成しない状態の透光層と着色層とを接合した後で、イオンビームを照射して多数の微細孔をあけ、さらに化学的エッチングを行う手法などを用いて、円筒形状を有する貫通微細孔を均一に形成することができる。
【００２６】
また本発明で、前記円筒形状の平均径は、１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、多孔質体に形成される孔の円筒形状は、平均径で１００μｍ以下となるので、人間の視覚で１画素と認識される領域に多数の孔を含ませることができ、多孔質形状に起因する画像の粒状感を防止することができる。
【００２８】
また本発明で、前記多孔質体の着色層は、周期的に繰返す少なくとも３色のカラー着色パターンを有することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、たとえば、赤Ｒ、緑Ｇ、および青Ｂの３色による微細な表示で、カラー表示を行うことができる。
【００３０】
また本発明で、前記多孔質体に形成する複数の孔の平均径は、該多孔質体の厚みよりも小さいことを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、多孔質体に形成する孔の平均粒径を多孔質体の厚みよりも小さくするので、孔に充填する液体中の微粒子や気泡の大きさも多孔質体の厚みよりも小さくなり、微粒子や気泡の位置を電圧で制御して、多孔質体の厚み方向での光学的性質の違いを表示に反映させることができる。
【００３２】
また本発明で、前記多孔質体の各孔に充填される液体は、前記微粒子または前記気泡を複数個含むことを特徴とする。
【００３３】
本発明に従えば、多孔質体の各孔に充填される液体には、複数個の微粒子または気泡を含むので、微粒子同士や気泡同士での反射や屈折で、散乱反射光強度や吸収量を増大させ、多孔質体の厚み方向での光学的性質の違いをより明確に反映させて、良好なコントラスト画像を表現することができる。
【００３４】
また本発明で、前記多孔質体および前記一組の基材は、有機化合物を含み、
前記透明電極および前記対向電極は導電性ポリマーを含み、
全体として可撓性を有することを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、多孔質体、その両側の基材、透明電極および対向電極からなる表示装置は、全体として可撓性を有するので、フレキシブルで、紙の書類のように取扱うことができる。
【００３６】
また本発明で、前記多孔質体の一方側で透光性を有する基材は、カラーフィルタを備えることを特徴とする。
【００３７】
本発明に従えば、多孔質体の一方側に配置され、透光性を有する基材にカラーフィルタを備えるので、多孔質体での光散乱をカラーフィルタの個々の色の位置に合わせて制御し、全体としてカラー画像の表示を行うことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の第１形態である表示装置１の一部についての厚み方向の断面構造を模式的に示す。本実施形態の表示装置１は、一組の基材である下基板２と上基板３との間に、多孔質体である二層多孔質膜４が挟まれた構造となっている。下基板２および上基板３の表面には、対向電極である下部電極５と透明電極である上部電極６がそれぞれ形成されており、液晶表示装置のようなマトリクス構造で、画像を形成する画素毎に表示を制御することができる構成となっている。表示装置１の上部が画像表示面となるため、上基板３はガラスや有機化合物などによる透光性の材料であり形成され、上部電極６もＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ　）に代表されるような透明電極である。
【００３９】
二層多孔質膜４には、微細な孔７が両表面間を貫通するように多数形成されている。孔７は、マトリクス構造で画像を表示する各画素の領域内に、複数存在するような密度で形成される。各孔７内には、透光性液体８および微粒子９が封入され、上下基板２，３に挟まれることで密閉構造となっている。
【００４０】
二層多孔質膜４は、上層透明多孔質膜４ａと下層黒色多孔質膜４ｂとから構成され、その厚み方向に貫通する複数個の孔７は互いに独立している。これらの多孔質膜の主材料は、ガラスなどの無機材料、もしくはポリカーボネート・ポリプロピレン・ポリアミド・ポリエチレンなどの有機材料が用いられる。
【００４１】
多孔質膜の主材料をガラスとする場合の一例として、シラスポーラスガラス（ＳＰＧ）と呼ばれる多孔質ガラスを用いることができる。これは、シラス石灰やホウ酸を添加して、１３５０℃前後の温度でＳＰＧの基礎ガラス（アルミノホウケイ酸カルシウムガラス）を合成・成形した後、加熱することによりガラスの微細組織に相分離という現象を生じさせ、塩酸などで処理することでＣａＯ・Ｂ２Ｏ３を溶解することにより、Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２系ガラスを骨格とするガラス多孔体としたものである。平均孔径は、１ｎｍから１０μｍまでであれば容易に製造可能である。
【００４２】
多孔質膜の主材料を有機材料とする場合の一例として、電子線照射法による高分子多孔質膜がある。これは、高分子膜に電子線（イオンビーム・荷電粒子）を照射することによって、ポリマー鎖が切断された軌跡を形成し、溶剤による化学的エッチング処理を行うことにより、この軌跡を広げて微細孔を形成したものである。この方法による孔質膜には、非常に径の均一な円筒型貫通微細孔を形成することができることが特徴である。例えば、Ｎｕｃｌｅｐｏｒｅという商品名で知られるポリカーボネート多孔質膜膜は、精密濾過の用途で普及しており、公知の製法の一般的な多孔質膜であり、１５ｎｍから１２μｍまでの平均孔径を有するものが市販されている。
【００４３】
上層透明多孔質膜４ａと下層黒色多孔質膜４ｂとからなる二層構造の二層多孔質膜４は、例えば透明なポリカーボネートフィルムとカーボンブラックで着色された黒色ポリカーボネートフィルムとを接合した後、前述のようなイオンビーム照射と化学的エッチングとを行う手法で、円筒型貫通微細孔を均一に形成して作製することができる。この下層黒色多孔質膜４ｂは、カーボンブラック以外の有機顔料もしくは無機顔料または染料で着色することもできる。複数の孔７を含む領域は画素１０を表示するように機能し、微粒子９の位置に応じて白色表示部１０ａと黒色表示部１０ｂとして表示を行わせることができる。
【００４４】
ここで透光性液体８中での微粒子９の駆動原理となる電気泳動現象に関して説明する。固体と液体の界面では、電気化学的相互作用が発生し、固体表面が帯電し、界面近傍の液体に電気２重層が形成される。固体の帯電原理として代表的なものに固体表面に存在する解離基の解離がある。たとえば、固体表面にアルキル基（Ｒ）などに結合しているカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）が存在する場合、下式のように解離する。このＲ−ＣＯＯ−が固体表面に残るため、固体は負に帯電する。
Ｒ−ＣＯＯＨ→Ｒ−ＣＯＯ−＋Ｈ＋
【００４５】
この他にも、固体が酸化物の場合のように、水中のＨ＋イオンもしくはＯＨ−イオンの吸着による帯電とみなせるものもある。このようにして固体表面が帯電すると、液体中の反対符号のイオンが静電気的に引きつけられ、電気二重層が形成される。このような場に電界をかけると、電気二重層内部に滑り面が生じ、固体と液体との間に相対的な移動が発生する。液体が静止し固体が移動するのが電気泳動で、固体が静止し液体が移動するのが電気浸透である。
【００４６】
この電気二重層の厚さは、デバイ・ヒュッケルの長さと呼ばれ、近似式で計算され、液体中のイオン濃度の平方根に比例する関数となっている。たとえば、ＮａＣｌのような１価塩が２５℃の水中に１ｍｏｌ／ｍ３の濃度で溶けた電解質溶液では、電気二重層の厚さは約１０ｎｍとなる。電気泳動を発生させるためには、有効な電界を作用させることが必要で、高抵抗の液体が使用される。
【００４７】
前述の電気泳動のメカニズムから、透光性液体８の材料は、多孔質膜４の材料に対して電気二重層を発生する特性を有していなければならない。また、光制御を行う表示装置１に用いるため、透光性の高い材料でなければならない。これらの条件を満足する透光性液体８としては、純水や電解水のような水系の液体の他に、ベンゼン・キシレン・シクロヘキサン・モノシラン・シロキサン・ナフタレン系などの非水系液体材料が知られている。また微粒子９の分散性を良くするために、必要に応じて界面活性剤などを添加する。
【００４８】
微粒子９を白色微粒子とする場合は、酸化チタンが最も代表的な材料であるが、そのほかの有機顔料・無機顔料も使用可能である。また、微粒子９の分散性向上・白色度改善・比重の調整などの目的で、必要に応じて微粒子９の表面処理・表面コーティングを行う。たとえば、酸化チタンを用いる場合、前述のような材料を使用する透光性液体８より比重が重いため、微粒子９が重力方向に移動して沈降してしまう。電界をオフにする時の画像保持特性を向上させるためには、微粒子９の比重と透光性液体８の比重とを同程度にすればよく、そのためには比重の小さい軽量な樹脂でコーティングを行うようにすればよい。
【００４９】
微粒子９を少なくとも１個の気泡を内添する透光性材料で構成する場合、この透光性材料は有機材料でも無機材料でも使用可能であり、既存のマイクロカプセル化技術で作製することができる。気泡を内添する場合、液体と比べて比重が軽くなるため、前述のような電界をオフにする時の画像保持特性を向上させるために、微粒子の比重と液体の比重を同程度にするという目的を満足するためには、ガラスのような比重の大きい重い透光性無機材料を使用する方がやや有利である。このような気泡内添ガラスの例としては、住友スリーエム社からスコッチライトという商品名で市販されているものがある。スコッチライトの平均粒径は３０〜７０μｍである。このような有機・無機のマイクロカプセルの透光性材料と気泡との体積比を制御すれば比重の制御が可能であり、透光性液体８の比重と同程度にすることができる。また、微粒子９の分散性向上・白色度改善・比重の調整などの目的で、必要に応じて微粒子９の表面処理・表面コーティングを行うようにする。
【００５０】
二層多孔質膜４を挟む上基板３および下基板２には、有機化合物から成る樹脂基板を用い、透明な上部電極６と下部電極５とに導電性ポリマーを用いると、表示装置１の全体として可撓性を有するようにすることができる。上基板３は透光性が必要であるため、ＰＭＭＡ、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミドなどの樹脂材料を使用することができる。上部電極６と下部電極５とに関しては、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ペンタセン、アントラセン、などの導電性ポリマーを含む材料で構成することができる。
【００５１】
二層多孔質膜４の孔７内に微粒子９を含む透光性液体８を充填させるためには、たとえば下基板２と二層多孔質膜４とを接合して孔７の一方を封止した後、孔７内に微粒子８を分散させた透光性液体８を真空含浸させ、さらに上基板３で孔７の他方を封止すればよい。孔径に近いような比較的大きい微粒子９は、透光性液体８を充填する前に、孔７内に挿入しておけばよい。
【００５２】
図２は、本実施形態の表示装置１で二層多孔質膜４の１つの孔７を拡大して示す。以下、図２を用いて、透光性液体８および微粒子９の駆動原理を説明する。微粒子９がガラスを材料として、透光性液体８が純水の場合、ガラスを材料とする微粒子９の表面がマイナスに帯電した状態となる。この状態で上部電極６にマイナスの電圧、下部電極５にプラスの電圧を印加すると、透光性液体８中に発生する上下方向の電界によりマイナスイオンリッチな微粒子９群が下向きの推力を受けて移動する。これが電気泳動現象であり微粒子９の位置を電界制御することができる。図２に示したものとは逆の電圧をかけると、同様の原理で微粒子９は上向きに移動することができる。結局、上部電極６と下部電極５との間に印加する電圧の極性を制御することにより、電界の方向を制御し、電気泳動の方向を制御し、微粒子９を上下に駆動することができるのである。
【００５３】
図３および図４は、本実施形態の表示装置１での画像表示のための制御方法を示す。図３は白色を表示している状態、図４は黒色を表示している状態を、それぞれ示す。図３では、微粒子９がガラスで透光性液体８が電解水の場合のように、微粒子９がマイナスに帯電する場合について示す。
【００５４】
図３に示すように、上部電極６側にプラス電圧を印加すると、マイナスに帯電した微粒子９が上に移動する。この状態で、透明な上基板３から入射する光は、透明な上部電極６を通過し、二層多孔質膜４の透明部である上層透明多孔質膜４ａを通過し、微粒子９の表面に達する。微粒子９の表面に達した光は、微粒子９を構成するガラスの屈折率と透光性液体８である電解水の屈折率との違いと、微粒子９の表面が曲面であることとによって、その進行方向を変える。さらに微粒子９内部の気泡との界面に達した光は、ガラスと空気という大きな屈折率の違いと微粒子９表面が曲面であることとによって、進行方向を大きく変化させる。すなわち、入射光は微粒子９の表面および内部で乱反射され、再び上層透明多孔質膜４ａの透明部を通過し透明な上部電極６と上基板３とを透過して反射光となる。透明部のみを通過する乱反射の結果、光損失の無い拡散反射光が得られ、白く見えることになる。
【００５５】
図４に示すように、上部電極側６にマイナス電圧を印加すると、マイナスに帯電した微粒子９が下に移動する。この状態で透明な上基板３から入射する光は、透明な上部電極６を通過し、上層透明多孔質膜４ａの透明部もしくは二層多孔質膜４の孔７に充填された透光性液体８の透明部を通過し、下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部を通過し、光強度が減衰して微粒子９の表面に達する。微粒子９の表面に達した光は、前述のように微粒子９が曲面であることと屈折率の大きな変化とによって、大きくその進行方向を変える。すなわち、入射光は微粒子９の表面および内部で乱反射され、再び下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部を通過して光強度が減衰する。下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部において、入射光と乱反射光ｔｐが吸収されて光強度が充分に減衰するため、上基板３を透過する反射光強度は殆ど０となる。下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部における乱反射の結果、光は吸収され、反射光が無くなって黒く見えることになる。
【００５６】
図５は、本発明の実施の第２形態でカラー表示を行う表示装置１１の部分的な断面構造を模式的に示す。図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略することがある。本実施形態でも、図１と同様に下基板２と上基板３との間に二層多孔質膜４が挟まれた構造となっている。下基板２と上基板３との表面には、下部電極５と上部電極６ｔｐがそれぞれ形成されており、液晶表示装置のようなマトリクス構造での画像の画素表示を制御することができる構成となっている。上基板３のさらに上部には、フルカラーを表示するためのカラーフィルタ１２が形成される。カラーフィルタ１２は、少なくとも、３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）をそれぞれ表示するＲ表示部１２ａ、Ｇ表示部１２ｂおよびＢ表示部１２ｃを含んでいる。
【００５７】
図５に示す状態では、Ｒ表示部１２ａとＢ表示部１２ｃとに対応する下部電極５にプラスの電圧が印加されているため、マイナスに帯電した微粒子９が下に移動する。微粒子９が下方に位置するときは、下層黒色多孔質膜４ｂで光が散乱・吸収されるため、Ｒ表示部１２ａによる赤色と、Ｂ表示部１２ｃによる青色とは発色せず黒色となる。これに対し、微粒子９が上方にあるＧ表示部１２ｂでは、上層透明多孔質膜４ａの透明部にある微粒子９表面で光が散乱するため、緑色の発色が得られる。
【００５８】
図６は、本発明の実施形態の第３形態でカラー表示を行う表示装置２１の部分的な断面構造を模式的に示す。図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略することがある。本実施形態でも、図１と同様に下基板２と上基板３との間に二層多孔質膜４が挟まれた構造となっている。下基板２と上基板３との表面には、下部電極５と上部電極６とがそれぞれ形成されており、液晶表示装置のようなマトリクス構造画像の画素を制御することができる構成となっている。ここで二層多孔質膜２４は上層透明多孔質膜２４ａと下層着色多孔質膜２４ｂ構成されている。さらに下層着色多孔質膜２４ｂは、フルカラーを表示するための３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の少なくとも３色の着色部として、Ｒ表示部２４ｂａ、Ｇ表示部２４ｂｂおよびＢ表示部２４ｂｃがそれぞれ形成されている。
【００５９】
図６に示す状態では、緑表示用のＧ表示部２４ｂｂに対応する下部電極５にプラスの電圧が印加されているため、マイナスに帯電した微粒子９が下方に移動する。微粒子９が下方に位置するときは、Ｇ表示部２４ｂｂで光が散乱・吸収されるため、緑色の反射光となる。これに対し、微粒子９が上層透明多孔質膜２４ａにあるＲ表示部２４ｂａとＢ表示部２４ｂｃとでは、微粒子９の表面で光が散乱するため下層着色多孔質膜２４ｂのＲ表示部２４ｂａおよびＢ表示部２４ｂｃに光が届かず、白色の反射光色が得られる。この構造では、下層着色多孔質膜２４ｂが図５のカラーフィルタ１２の役割を果たすため、カラーフィルタ不用の簡略な構成にすることができる。
【００６０】
図７は本発明の実施の各形態でのマトリックス電極構造を模式的に示す。上基板３上の上部電極６には上部電極制御線６ａが縦方向に等ピッチで配列されており、下基板２上の下部電極５には下部電極制御線５ａが横方向に等ピッチで形成され、マトリクス電極構造を形成している。そして、下部電極制御線５ａおよび上部電極制御線６ａは、表示する画像情報に応じて電圧を制御するための下部電極制御ＬＳＩ２５および上部電極制御ＬＳ２６にそれぞれ接続されている。さらに、下部電極制御ＬＳＩ２５および下部電極制御ＬＳＩ２６には、それらを制御する制御ＬＳＩ２７が接続されている。このようなマトリックス電極構造で画像表示を制御する手法は、液晶表示装置等で実用化されている手法と同様である。
【００６１】
図７において、画像解像度を２００ｄｐｉとすると、上部電極制御線線６ａと下部電極制御線線５ａとの配列ピッチは１２７μｍとなる。前述のシラスポーラスガラス（ＳＰＧ）やポリカーボネート多孔質膜の標準的なものを用いると、平均孔径が約１０μｍ以下で１画素内に複数個の孔が存在することになり、良好な画像を形成することができる。
【００６２】
図８は、本発明の実施の第１、第２または第３形態の表示装置１，１１，２１で用いることができる気泡内添微粒子２９の１つを拡大して示す。図８によって、気泡表面における光の反射挙動を説明する。入射光は基板に垂直で、気泡内添微粒子２９は球形とし、透光性樹脂材料による透孔部３１内に気泡３２を含んでいる。気泡３２の屈折率ｎ２＜気泡内添微粒子２９の透光性部３１の屈折率ｎ１＝透光性液体８の屈折率ｎ３とする。気泡界面への入射角をθ１、屈折角をθ２とすると、ｐ偏光とｓ偏光とにおけるエネルギ反射率ＲｐおよびＲｓ、エネルギ透過率ＴｐおよびＴｓは、フレネルの反射・屈折の法則より下式となる。
【００６３】
【数１】
2004054029.tif 000003
【００６４】
屈折角θ２は、下記スネルの法則より算出される。また屈折率ｎ１の大きい媒質から屈折率ｎ２が小さい媒質へ光が入射する場合、下式で計算される入射角θｃより大きな角度で入射した光はすべて反射される全反射が生じる。この式はスネルの法則で屈折角θ２＝９０°としたもので、θｃは一般に臨界角と呼ばれるものである。
【００６５】
【数２】
2004054029.tif 000004
【００６６】
気泡３２の表面に入射する光は、屈折率ｎ１の固体から屈折率ｎ２の気体へ進み、ｎ１＞ｎ２である故、上記全反射が生じ光が散乱される。上記の式に基づきｐ偏光とｓ偏光とについてエネルギ透過率とエネルギ反射率を計算した結果をそれぞれ図９と図１０とに示す。ｎ１＝１．３で計算すると、ｎ２＝１とみなすことができるので、臨界角は約５０度となり、ｐ偏光および偏光はともに５０度以上の入射角でエネルギ反射率が１００％となっていることが図９および図１０から判る。全反射が発生する入射角が大きい領域は、気泡３２の周辺部に相当する。すなわち、気泡３２の中心部近傍に向かって入射した光はほぼ透過するけれども、気泡３２の周辺部に向かって入射した光はほぼ反射される特性を示すものである。
【００６７】
二層多孔質膜４の屈折率ｎ４と透光性液体８の屈折率ｎ３と大きくが異なると、この界面において上記の反射や屈折が生じるため光学特性を劣化させ、画像コントラストが低下する。従って、二層多孔質膜４の屈折率ｎ４と透光性液体８の屈折率ｎ３とは、ほぼ等しくすることが必要である。なお、微粒子２９を構成する透光性材料の屈折率、すなわち透光部３１の屈折率ｎ１と透光性液体８の屈折率ｎ３との関係では、前述のようにほぼ等しくするよりも、差を大きくすることにより、微粒子２９の表面と透光性液体８の界面に光が達したときに、屈折率差による乱反射・乱屈折の効果がさらに大きくなり、充分な光散乱を得ることができ、白色を表現することができる。
【００６８】
次に気泡３２の上面におけるエネルギ反射率の合計を計算する。気泡３２を半径ｒの円と仮定すると、円の中心を座標原点とする円の方程式および座標ｘにおける入射角θｉｎは下式で表される。
【００６９】
【数３】
2004054029.tif 000005
【００７０】
これらの式から、エネルギ反射率ＲｐおよびＲｓは、屈折率ｎ１、屈折率ｎ２、気泡半径ｒ、座標ｘで表すことができ、気泡３２の上面におけるエネルギ反射率の合計ＲｐＡｌｌおよびＲｓＡｌｌは下記積分により算出される。
【００７１】
【数４】
2004054029.tif 000006
【００７２】
ｎ１＝１．３で計算すると、ＲｐＡｌｌ＝０．２５４、ＲｓＡｌｌ＝０．２８３となる。実際の入射光は偏光が無いため、ｐ偏光とｓ偏光との平均値０．２６８が気泡３２の上面におけるエネルギ反射率の合計となる。
【００７３】
同様の計算を気泡３２の下面において行う。気泡３２の表面に入射する光は、屈折率ｎ２の気体から屈折率ｎ１の固体へ進み、ｎ１＞ｎ２である故、上記全反射は生じない。従ってエネルギ反射率の合計は非常に小さい値となる。ｎ１＝１．３で計算した結果は、ＲｐＡｌｌ＝０．０２８、ＲｓＡｌｌ＝０．０６６となる。ｐ偏光とｓ偏光との平均値は０．０４７となり、これが気泡３２の下面におけるエネルギ反射率の合計となる。
【００７４】
結局１個の気泡３２におけるエネルギ反射率の合計は、ｎ１＝１．３で計算すると下式の値となる。
０．２６８＋（１−０．２６８）×０．０４７＝０．３０２
【００７５】
以上の計算は基板に垂直な入射光と仮定した計算であり、実際の光源は散乱光源であるが、気泡３２が球形であることからエネルギ反射率の合計としては同様の結果となる。表示装置１，１１，２１としては、入射した光の３０％が散乱反射光となり、気泡３２が十分小さければ白く見えることを意味する。
【００７６】
図１の表示装置１のように、二層多孔質膜４の下層を黒色とし、黒色表示させたときの反射率を測定した結果は３％となり、上記白色部反射率３０％と比較して、コントラストは１：１０となり良好な画質となる。固体の屈折率が大きいほど、臨界角は小さくなるため、気泡３２の表面でのエネルギ反射率合計が大きくなることは上記説明から明らかである。よって、屈折率を１．３以上とすると、コントラスト１：１０以上の良好な画質が得られるものである。
【００７７】
気泡内添微粒子２９の大きさと微粒子の視認性について官能評価すると、微粒子の大きさが２００μｍ以上になると気泡内添微粒子２９の周辺部が散乱反射で白く見え、気泡内添微粒子２９の中心部が透過して下地の黒が見え、結果的に微粒子が視認されて粒状感を感じる結果となった。これに対し、微粒子の大きさを１００μｍ以下とすると、上記気泡内添微粒子２９の視認性・粒状感はほとんど無くなることが判った。従って良好な表示画像を得るための二層多孔質膜４，２４の孔径は１００μｍ以下となる。
【００７８】
黒色を表現するためには、気泡３２の上部で散乱反射された光が下層黒色多孔質膜４ｂに入射し吸収される必要がある。したがって気泡内添微粒子２９は、下層黒色多孔質膜４ｂのできるだけ下の方に位置することが必要である。二層多孔質膜４などの多孔質体に形成される微細孔の平均的な穴径を、多孔質体の膜厚より小さくし、かつ微粒子の平均的な粒径を多孔質体の膜厚より小さくすることで、微粒子の位置を下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部がある孔７の下部に沈めることができ、下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部で充分な光吸収効果が得られ、黒色度が増し充分な画像コントラストを得ることができる。
【００７９】
微粒子２９中に気泡３２が複数個存在する場合や二層多孔質膜４，２４の１つの円筒状微細孔７に複数個の微粒子９を封入する場合は、上記反射・屈折の考え方より、１つの気泡３２もしくは微粒子９を透過してしまった光を別の気泡３２もしくは微粒子９が乱反射することができるため、トータルのエネルギ反射率を増大させることができる。すなわち多孔質膜の孔中に複数個の気泡を内添する微粒子を封入したり、微粒子自体を複数個封入することにより、散乱反射光強度が増大し、エネルギ反射率合計は１に近づき、画像コントラストはさらに良好となる。
【００８０】
以上のように実施の第１、第２および第３形態の表示装置１，１１，２１は、透光性液体８と微粒子９，２９とを二層多孔質膜４，２４内部に密閉した非常に簡単な構造で、微粒子９，２９と透光性液体８とを小さな空間に閉じこめることができるため、電気泳動の微粒子９，２９の凝集という課題を回避し、長寿命化を図ることができる。
【００８１】
また、微粒子９表面における散乱反射現象と、透光性部分と黒色部分とを有する二層多孔質膜４とを利用し、微粒子９の位置で白色と黒色を表現することにより良好なコントラスト画像を表現することができる。
【００８２】
また、二層多孔質膜４，２４に形成される微細な孔７の平均的な孔径を１００μｍ以下とすることで、近接して表示画像を見た場合でも多孔質形状に起因する画像の粒状感を防止することができる。
【００８３】
また、二層多孔質膜４に形成される微細な孔７の平均的な孔径を、二層多孔質膜４の膜厚より小さくし、かつ微粒子９，２９の平均的な粒径を二層多孔質膜４の膜厚より小くすることで、微粒子９、２９の位置が下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部のときに充分な光吸収効果が得られ、黒色度が増し充分な画像コントラストを得ることができる。
【００８４】
また、二層多孔質膜４，２４に形成される１つの円筒状の微細な孔７に複数個の微粒子を封入したり、複数個の気泡３２を内添する微粒子２９を用いることで、さらに白色度が増し、充分な画像コントラストを得ることができる。
【００８５】
また、二層多孔質膜４，２４、および上基板３と下基板２とを構成する材料は有機化合物を含み、上基板３と下基板２に配置される上部電極６と下部電極５とは導電性ポリマーを含み、表示装置１，１１，２１全体として可撓性を有する構成とすることで、フレキシブルでペーパーライクな表示装置を実現することができる。
【００８６】
また、二層多孔質膜４の透光性側に接する基板上にＲ・Ｇ・Ｂのカラーフィルタ１２を配置し、二層多孔質膜４での光散乱を制御することで、Ｒ・Ｇ・Ｂの輝度を制御し、カラー表示可能な表示装置１１とすることができる。
【００８７】
さらに、二層多孔質膜２４の下層着色多孔質膜２４ｂである着色部側を、少なくとも３色の微細な周期的色領域構造とし、二層多孔質膜２４での光散乱を制御することで、カラー表示可能な表示装置２１とすることができる。
【００８８】
図１１は、本発明の実施の第４形態である表示装置４１の一部についての厚み方向の断面構造を模式的に示す。本実施形態で、図１、図５または図６に示す実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略することがある。本実施形態の表示装置４１も、下基板２と上基板３との間に二層多孔質膜４が挟まれた構造となっている。下基板２と上基板３との表面には、下部電極５と上部電極６とがそれぞれ形成されており、マトリクス構造で画像の表示を行う画素を制御することができる構成となっている。表示装置４１は、上部が画像表示面となるため、上基板３はガラスや有機化合物などの透光性の材料であり、上部電極６もＩＴＯに代表されるような透明電極である。
【００８９】
二層多孔質膜４の孔７には、電気浸透流を発生させるための透光性液体８および光学特性を制御するための気泡４２が封入され、上下基板３，２に挟まれることで密閉構造となっている。二層多孔質膜４の構造や材料は、実施の第１形態と同様である。
【００９０】
電気浸透を発生させるためには、有効な電界を作用させることが必要で、高抵抗の液体が使用される。実施の第１形態で説明しているような電気二重層厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍが一般的となるため、１μｍ程度の微小な孔７中の液体も容易に移動させることができる。
【００９１】
このような電気浸透のメカニズムから、透光性液体８の材料は、二層多孔質膜４の材料に対して電気浸透流を発生することができる特性でなければならない。また、光制御を行う表示装置４１に用いるため、透光性の高い材料でなければならない。これらの条件を満足する透光性液体８として、前述のように、純水や電解水のような水系の液体の他に、ベンゼン、キシレン、シクロヘキサン、モノシラン、シロキサン、ナフタレン系などの非水系液体材料が知られている。これらの非水系液体材料では、官能基としてハロゲンやアルキル基を有するものが特に電気浸透性を発現するのに有効である。
【００９２】
二層多孔質膜４を挟む上基板３と下基板２とに関し、有機化合物から成る樹脂基板を用い、透明な上部電極６と下部電極５とに導電性ポリマーを用いると、表示装置４１全体として可撓性を有するようにすることができる。上基板３は透光性が必要であるため、ＰＭＭＡ（メタクリル樹脂）、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリイミドなどの樹脂材料が使用できる。上部電極６と下部電極５ｔｐに関しては、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ペンタセン、アントラセン、などの導電性ポリマーを含む材料で構成することができる。
【００９３】
図１２は、図１１の表示装置４１の二層多孔質膜４に形成される１つの孔７を拡大して示す。図１２に従って、本実施形態での透光性液体８および気泡４２の駆動原理を説明する。二層多孔質膜４がガラス材料で形成され、透光性液体８が電解水の場合、図１２のように孔７の内周のガラス表面がマイナスに帯電し、界面の透光性液体８はプラスイオン濃度が高い状態となる。このような電気二重層の形成は、気泡４２の有無に拘わらず、ガラスと水との界面全域で均一である。この状態で上部電極６にマイナスの電圧、下部電極５にプラスの電圧を印加すると、液体全体に対して発生する上下方向の電界により界面のプラスイオンリッチな液体が上向きの推力を受けて移動する。このとき電界から直接推力を受けるのは界面に存在する液体であるが、粘性の影響で界面から遠い孔７の中心部の液体まで上向きの推力を受ける。もし孔７の両端が閉じていなければ、孔７の界面から中心部まで速度分布の無い上向きの流れが発生する。
【００９４】
ある抵抗体を想定して、その抵抗体の体積抵抗率ρを一定とすると、断面積Ｓ、長さｌの円筒形状の抵抗値Ｒは次式で表される。
Ｒ＝ρ×ｌ÷Ｓ
【００９５】
図１２の透光性液体８の部分は、体積抵抗率が一定の抵抗体とみなせるから、この基本特性を適用することができる。すると、気泡４２の周辺部は断面積が小さいから高抵抗となり、気泡４２の無い部分では断面積が大きいから低抵抗となる。この液体部分は直列抵抗の等価回路とみなせるから、気泡４２の周辺部は高抵抗となる故、電圧の分圧が大きくなり、気泡４２の無い部分は低抵抗となる故、電圧の分圧は小さくなる。結局、気泡４２の周辺部は電界Ｅが大きくなり、気泡４２の無い部分は電界Ｅが小さくなる。すると、気泡４２の周辺の液体に発生する推力が相対的に大きくなる。このように気泡４２の周辺の液体に発生する推力が大きいことと、孔７が閉じていることから、透光性液体８が気泡４２の上に回り込み、相対的に気泡４２が下に移動する。
【００９６】
図１２に示す方向とは逆の電圧をかけると、同様の原理で透光性液体８は下に、気泡４２は上に移動することができる。結局、透明な上部電極６および下部電極５間に印加する電圧を制御することによって、電界の方向を制御し、電気浸透流の方向を制御し、気泡４２を上下方向に移動させることができるのである。
【００９７】
図１３は、二層多孔質膜４をガラスで、透光性液体８を純水として実験し、孔７の軸方向電界強度と気泡４２の移動速度との関係を測定した結果を示す。孔７の軸方向、すなわち二層多孔質膜４の厚み方向についての電界強度の増加に比例して、気泡４２の移動速度が増加する特性が得られている。たとえば、厚さ１００μｍの二層多孔質膜４に５Ｖの電圧を印加する場合、５０［Ｖ／ｍｍ］の電界強度となり、気泡４２の移動については４．１［ｍｍ／ｓ］の速度特性となることが判る。したがって膜厚１００μｍを移動する時間は０．１／４．１＝０．０２４［ｓｅｃ］となる。この応答速度２４ｍｓｅｃは、液晶表示装置の応答速度と同等であり、表示装置として十分な特性である。
【００９８】
図１４および図１５は、本実施形態の表示装置４１での画像制御方法を示す。図１４は白色を表示している状態を示し、図１５は黒色を表示している状態を示す。二層多孔質膜４がガラスで、透光性液体８が電解水の場合のように、二層多孔質膜４がマイナスに帯電し、界面の透光性液体８がプラスになる材料の組合せの場合を想定する。
【００９９】
図１４に示すように、透明な上部電極６側にプラス電圧を印加すると、プラスに帯電した透光性液体８が下に移動する電気浸透現象が生じ、その結果、相対的に気泡４２が上に移動する。この状態で透明な上基板３から入射した光は、透明な上部電極６を通過し、上層透明多孔質膜４ａの透明部を通過し、気泡４２の表面に達する。気泡４２の表面に達した光は、気泡４２の表面が曲面であることと屈折率の大きな変化とによって大きくその進行方向を変える。すなわち、入射光は気泡４２の表面で乱反射され、再び上層透明多孔質膜４ａの透明部を通過し、透明な上部電極６と上基板３とを透過して反射光となる。透明部のみを通過する乱反射の結果、光損失の無い拡散反射光が得られ、白く見えるようになる。
【０１００】
図１５に示すように、透明な上部電極６側にマイナス電圧を印加すると、プラスに帯電した透光性液体８が上に移動する電気浸透現象が生じ、その結果、相対的に気泡４２が下に移動する。この状態で透明な上基板３から入射した光は、透明な上部電極６を通過し、上層透明多孔質膜４ａの透明部もしくは二層多孔質膜４の孔７に充填された透光性液体８の透明部を通過し、下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部を通過し、光強度を減衰させて気泡４２の表面に達する。気泡４２の表面に達した光は、気泡４２の表面が曲面であることと屈折率の大きな変化とによって大きくその進行方向を変える。すなわち、入射光は気泡４２の表面で乱反射され、再び下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部を通過して光強度が減衰する。下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部において、入射光と乱反射光が吸収されて光強度が充分減衰されるため、上基板３を透過する反射光強度は殆ど０となる。下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部における乱反射の結果、光は吸収され反射光が無くなり、黒く見えるようになる。
【０１０１】
図１６は、本発明の実施の第５形態でカラー表示を行う表示装置５１の部分的な断面構造を模式的に示す。本実施形態は、図５に示す実施の第２形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付して重複する説明を省略する。本実施形態では、図５の微粒子９の代りに気泡４２が電圧制御で位置を変え、カラー表示を行うことができる。
【０１０２】
図１６は、本発明の実施の第６形態でカラー表示を行う表示装置６１の部分的な断面構造を模式的に示す。本実施形態は、図６に示す実施の第３形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付して重複する説明を省略する。本実施形態でも、図６の微粒子９の代りに気泡４２が電圧制御で位置を変え、カラー表示を行うことができる。
【０１０３】
本発明の実施の第４、第５および第６形態の表示装置４１，５１，６１でも、下部電極５および上部電極６には、図７に示すようなマトリックス電極構造を用いる。また、各孔７に透光性液体８と気泡４２とを入れる方法としては、前述のような真空充填で透光性液体８を孔７の全体に充填しないでおき、大気などの気体を空いている空間に導入してから、孔７を完全に封止すればよい。
【０１０４】
図１８は、本発明の実施の第４、第５および第６形態の表示装置４１，５１，６１で孔７の１つを拡大して示す。気泡４２の表面における光の反射挙動は、
気泡４２の屈折率ｎ２＜透光性液体８の屈折率ｎ１＝多孔質材の屈折率ｎ３とすれば、図８で気泡３２の屈折率ｎ２と微粒子２９の透光部３１の屈折率ｎ１とについて説明した関係を、気泡４２の屈折率ｎ２と透光性液体８の屈折率ｎ１との関係に、同様に適用することができる。また、図８では、二層多孔質膜４，２４の屈折率ｎ４と透光性液体８の屈折率ｎ３とをほぼ等しくすべきと説明している事情と同様に、二層多孔質膜４，２４の屈折率ｎ３と透光性液体８の屈折率ｎ１とをほぼ等しくしておくことが好ましい。
【０１０５】
二層多孔質膜４の下層を黒色とし、黒色表示させたときの反射率を測定した結果は３％となり、前述のようにして得られる白色部での反射率は３０％であるので、コントラストは１：１０となり良好な画質となる。透光性液体８の屈折率が大きいほど臨界角が小さくなるため、気泡４２の表面でのエネルギ反射率の合計が大きくなることは、前述の説明から明らかである。よって、二層多孔質膜４および透光性液体８の屈折率を１．３以上とすると、コントラスト１：１０以上の良好な画質が得られるものである。
【０１０６】
気泡４２の大きさと気泡４２の視認性について官能評価すると、気泡４２の大きさが２００μｍ以上になれば気泡４２ｎ周辺部が散乱反射で白く見え、気泡４２の中心部が透過して下地の黒が見え、結果的に気泡４２が視認されて粒状感を感じる結果となった。これに対し、気泡４２の大きさを１００μｍ以下とすると、前述のような気泡４２の視認性や粒状感はほとんど無くなることが判明している。したがって良好な表示画像を得るための二層多孔質膜４，２４の孔径は１００μｍ以下となる。
【０１０７】
黒色を表現するためには、気泡４２の上部で散乱反射された光が下層黒色多孔質膜４ｂに入射し吸収される必要がある。したがって気泡４２は、下層黒色多孔質膜４ｂのできるだけ下の方に位置することが必要である。二層多孔質膜４に形成される微細な孔７の平均的な孔径を、二層多孔質膜４の膜厚より小さくすることで、気泡４２の位置が下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部にあるときに充分な光吸収効果が得られ、黒色度が増し充分な画像コントラストを得ることができる。
【０１０８】
二層多孔質膜４の孔７中に気泡４２が複数個存在する場合で、特に気泡４２が縦に２個の場合の光学特性について説明する。透光性液体８の屈折率が１．３の場合、上部の気泡４２の上面でのエネルギ反射率合計は０．２６８であり、上部の気泡４２の下面でのエネルギ反射率合計は（１−０．２６８）×０．０４７＝０．０３４である。したがって上部の気泡４２で全体のエネルギ反射率合計は、両者の合計で０．３０２となることは先に説明している。
【０１０９】
同様に下部の気泡４２のエネルギ反射率を計算すると、下部の気泡４２の上面でのエネルギ反射率合計は（１−０．３０２）×０．２６８＝０．１８７であり、下部の気泡４２の下面でのエネルギ反射率合計は（１−０．３０２−０．１８７）×０．０４７＝０．０２４である。したがって下部の気泡４２の全体のエネルギ反射率合計は、両者の合計であって、０．２１１となる。
【０１１０】
結局、気泡４２が縦に２個並ぶ場合のエネルギ反射率合計は、０．３０２＋０．２１１＝０．５１３となる。二層多孔質膜４の孔７中に気泡４２を複数個導入することにより、散乱反射光強度が増大し、画像コントラストが良くなる効果が得られるものである。二層多孔質膜４の孔７中の気泡４２がさらに多い場合、同様の計算を繰り返すとエネルギ反射率合計は１に近づき、画像コントラストはさらに良好となる。
【０１１１】
以上のように実施の第４、第５および第６形態の表示装置４１，５１，６１は、液体駆動に電気浸透現象を用いるため、凝集の問題がある電気泳動の微粒子を使用しないようにして、凝集の課題を解決することができる。また孔７を密閉構造とすることで、透光性液体８が蒸発しないようにする課題を解決し、長寿命化することができる。
【０１１２】
また、二層多孔質膜４内部の気泡４２の界面における散乱反射を利用し、気泡４２の位置に応じて白色と黒色とを表現することができ、良好なコントラスト画像を表現することができる。
【０１１３】
また、二層多孔質膜４、２４に形成される微細な孔７の平均的な孔径を１００μｍ以下とすることで、近接して表示画像を見た場合でも、多孔質形状に起因して画像に粒状感が生じるのを防止することができる。
【０１１４】
また、二層多孔質膜４，２４に形成される微細な孔７の平均的な孔径を、二層多孔質膜４，２４の膜厚より小さくすることで、気泡４２の位置が下層黒色多孔質膜４ｂの黒色部にあるときに充分な光吸収効果が得られ、黒色度が増し充分な画像コントラストを得ることができる。
【０１１５】
また、１つの円筒状の微細な孔７に複数個の気泡４２を封入することで、さらに白色度が増し、充分な画像コントラストを得ることができる。
【０１１６】
また、二層多孔質膜４，２４、上基板３と下基板２とを構成する材料は有機化合物を含み、上基板３および下基板２にそれぞれ配置される上部電極６および下部５は導電性ポリマーを含み、表示装置４１，５１，６１全体として可撓性を有する構成とすることで、フレキシブルでペーパーライクな表示装置を実現することができる。
【０１１７】
また、二層多孔質膜体４の透光性側に接する上基板３上にＲ・Ｇ・Ｂのカラーフィルタ１２を配置し、二層多孔質膜４での光散乱を制御することで、Ｒ・Ｇ・Ｂの輝度を制御し、カラー表示を行う表示装置５１とすることができる。
【０１１８】
さらに、二層多孔質膜２４の下層着色多孔質膜２４ｂである着色部側を、少なくとも３色の微細な周期的色領域構造とし、二層多孔質膜２４での光散乱を行わせる位置を制御することで、カラー表示を行う表示装置６１とすることができる。
【０１１９】
なお、実施の第１〜第６形態では、多孔質体として二層多孔質膜４，２４を用い、厚み方向で２種類の異なる光学的性質を有する部分に分けるようにしているけれども、３種類以上に分けたり、透光性が連続的に変化するものを用いることもできる。また、透光性液体８で光学的性質が異なる部分は、微粒子９，２９や気泡４２で形成するばかりではなく、混ざり合わない液体同士の界面で形成することもできる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、多孔質体は、厚み方向に、少なくとも透光性を有する部分を含んで光学的性質が変化するので、液体で光学的性質が異なる部分の位置が変化すると、孔の周囲の多孔質体の光学的性質と孔の中の液体の光学的性質との組合せが変化し、視覚的な変化をもたらして表示を行うことができる。液体は一組の基材で多孔質体が挟まれるというシンプルな構造で封止される各孔に分けて充填されているので、小さな空間に閉じこめられて、蒸発などによって失われることがなく、酸化や吸湿なども防いで、安定した表示動作を行わせ、長寿命化を図ることができる。
【０１２１】
また本発明によれば、液体と微粒子とを多孔質体内部に密閉した構造とするので、微粒子と液体とを小さな空間に閉じこめることができ、電気泳動を行う微粒子の凝集という問題を回避して長寿命化を図ることができる。
【０１２２】
また本発明によれば、微粒子の透光性材料中に気泡を内添するので、気泡が消えることはなく、透光性材料と気泡との界面での屈折率差に基づく表示を、安定して行うことができる。
【０１２３】
また本発明によれば、透明電極と対向電極との間に電圧を印加して、多孔質体の孔内の流体に電気浸透流を発生させ、気泡の位置を制御し、液体と気泡との界面で光を乱反射や乱屈折させ、気泡が位置する付近の多孔質体の光学的性質の違いを反映させて、表示を行うことができる。非常に簡単な構造で気泡と液体とを小さな空間に閉じこめることができ、液体の蒸発という問題を回避して長寿命化を図ることができる。
【０１２４】
また本発明によれば、多孔質体の着色部分に、孔内の液体中の微粒子や気泡を位置させて、着色表示を行うことができる。
【０１２５】
また本発明によれば、白色微粒子の位置を電圧印加で制御し、良好なコントラストを表現することができる。
【０１２６】
また本発明によれば、気泡または気泡を内添する微粒子の位置を電圧印加で制御し、良好なコントラストを表現することができる。
【０１２７】
また本発明によれば、多孔体および液体の透光性を有する部分、または気泡を内添する微粒子の透光性材料の屈折率を同等として界面での光の反射や屈折を少なくすることができ、屈折率を１．３以上とするので、界面での全反射を生じる入射角の範囲が広くなり、表示のコントラストを向上させることができる。
【０１２８】
また本発明によれば、透光層と着色層とを接合した後、多数の貫通孔を形成して多孔質体を製造することができる。
【０１２９】
また本発明によれば、イオンビーム照射や化学的エッチングで、円筒形状を有する貫通微細孔を均一に形成することができる。
【０１３０】
また本発明によれば、多孔質体には、人間の視覚で１画素と認識される領域に多数の孔を形成し、多孔質形状に起因する画像の粒状感を防止することができる。
【０１３１】
また本発明によれば、Ｒ・Ｇ・Ｂ３色などによる微細な表示で、カラーの画像表示を行うことができる。
【０１３２】
また本発明によれば、多孔質体の孔に充填する液体中の微粒子や気泡の大きさも多孔質体の厚みよりも小さくして、微粒子や気泡の位置を電圧で制御するので、多孔質体の厚み方向での光学的性質の違いを表示に反映させることができる。
【０１３３】
また本発明によれば、多孔質体の各孔に充填される液体に複数個の微粒子または気泡を含むので、多孔質体の厚み方向での光学的性質の違いをより明確に反映させて、良好なコントラスト画像を表現することができる。
【０１３４】
また本発明によれば、表示装置は、全体として可撓性を有するので、フレキシブルで、紙の書類のように取扱うことができる。
【０１３５】
また本発明によれば、多孔質体での光散乱をカラーフィルタの個々の色の位置に合わせて制御し、全体としてカラー画像の表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態である表示装置１の部分的な厚み方向の断面構成を示す模式図である。
【図２】図１の二層多孔質膜４に形成される孔７内で、透光性液体８および微粒子９の駆動原理を示す模式図である。
【図３】図１の表示装置１で白色画像を表示するための電圧印加方法を示す模式図である。
【図４】図１の表示装置１で黒色画像を表示するための電圧印加方法を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の第２形態である表示装置２１でカラー表示を行う原理的な構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の第３形態である表示装置２１でカラー表示を行う原理的な構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の各形態で、電圧印加のためのマトリクス電極構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の第１、第２または第３形態の表示装置１，１１，２１で用いることができる気泡内添微粒子２９の１つを拡大して、気泡３２の表面における光の反射挙動を示す模式図である。
【図９】図８の気泡３２に対するｐ偏光の入射角度とエネルギ反射率Ｒｐおよびエネルギ透過率Ｔｐとの関係を示すグラフである。
【図１０】図８の気泡３２に対するｓ偏光の入射角度とエネルギ反射率Ｒｓおよびエネルギ透過率Ｔｓとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の第４形態である表示装置４１の部分的な厚み方向の断面構成を示す模式図である。
【図１２】図１１の二層多孔質膜４に形成される孔７内で、透光性液体８および気泡４２の駆動原理を示す模式図である。
【図１３】図１２で、電界強度と気泡移動速度との関係を示すグラフである。
【図１４】図１１の表示装置４１で白色画像を表示するための電圧印加方法を示す模式図である。
【図１５】図１１の表示装置４１で黒色画像を表示するための電圧印加方法を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施の第５形態である表示装置５１でカラー表示を行う原理的な構成を示す模式図である。
【図１７】本発明の実施の第６形態である表示装置６１でカラー表示を行う原理的な構成を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施の第４、第５または第６形態の表示装置４１，５１，６１で用いる気泡４２の１つを拡大して、気泡４２の表面における光の反射挙動を示す模式図である
【符号の説明】
１，１１，２１，４１，５１，６１　表示装置
２　下基板
３　上基板
４，２４　二層多孔質膜
４ａ，２４ａ　上層透明多孔質膜
４ｂ　下層黒色多孔質膜
５　下部電極
６　上部電極
７　孔
８　透光性液体
９　微粒子
１２　カラーフィルタ
２４ｂ　下層着色多孔質膜
２９　気泡内添微粒子
３１　透光部
３２，４２　気泡
【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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