(57)【要約】【課題】応答特性に優れた表示装置を提供すること【解決手段】対向して配置される第一の基板及び第二の基板と、第一の基板と第二の基板との間に挟持されるスペーサー及びエレクトロレオロジー流体層と、を有する表示装置であって、第一の基板の第二の基板と対向する面には、第一の画素電極及び第一の画素電極と電気的に独立した第二の画素電極が形成され、第二の基板の第一の基盤と対向する面には、第三の画素電極及び第三の画素電極と電気的に独立した第四の画素電極が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置される第一の基板及び第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に挟持されるスペーサー及びエレクトロレオロジー流体層と、を有する表示装置であって、
前記第一の基板の前記第二の基板と対向する面には、第一の画素電極及び該第一の画素電極と電気的に独立した第二の画素電極が形成され、
前記第二の基板の前記第一の基盤と対向する面には、第三の画素電極及び該第三の画素電極と電気的に独立した第四の画素電極が形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第一の基板には、前記第一の画素電極と前記第二の画素電極を電気的に接続可能とする第一のスイッチング素子が形成され、前記第二の基板には、前記第三の画素電極と前記第四の画素電極を電気的に接続可能とする第二のスイッチング素子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第一の画素電極と前記第三の画素電極を電気的に接続可能とする第三のスイッチング素子、前記第二の画素電極と前記第四の画素電極を電気的に接続可能とする第四のスイッチング素子、が形成されたドライバ回路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第一の電極及び前記第二の電極は略平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第三の電極及び前記第四の電極も略平行に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項６】
前記第一の画素電極と前記第三の画素電極、前記第二の画素電極と前記第四の画素電極のそれぞれは、前記第一の基板を垂直方向から見た場合に重なるよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項７】
前記エレクトロレオロジー流体層は、絶縁性の固体粒子が分散された絶縁性の液体を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関し、特に、エレクトロレオロジー流体を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロレオロジー流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｆｌｕｉｄ、以下「ＥＲ流体」という。）とは、外部からの電界に応答して粘度や応力等のレオロジー的性質が変化する流体であり、クラッチ、バルブ、ダンパー、アクチュエータ等、様々な装置への応用が期待されている。
【０００３】
ＥＲ流体の典型的な構成は、絶縁性の固体粒子が絶縁性の液体に分散された構成であり、これに電界が印加されるとこの方向に沿って固体粒子の鎖状構造（以下「ブリッジ」という。）が複数形成され、このブリッジ間の引力により流体の粘性等のレオロジー的性質が変化することとなる。このブリッジが形成される機構は十分に解明されているとはいえないが、液体中に存在する水分の影響により固体粒子表面のイオン解離基が解離して電気二重層が形成される。一方、この電気二重層が電界により歪むことで固体粒子同士が電気的に引き合うこととなり、レオロジー的性質が変化する、と考えられている。
【０００４】
ところで、ＥＲ流体を表示装置に用いることも盛んに提案されており、例えば、下記非特許文献１には、一対の電極間にＥＲ流体を挟み、一対の電極間に電界を印加する又は除去とすることにより光透過性の差を生じさせ、調光する技術が開示されている。また、下記特許文献１には、マイクロカプセル化されたＥＲ流体を一対の電極で挟んだ表示材料シートを用いる技術が開示されている。また、下記特許文献２には、対向する一対の基板の一方の基板に基準電極及び隣接電極が入れ子状に形成され、他方の基板の全面に対向電極が形成された表示装置に関する技術が開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  ＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ、１９９６年、第１７７号、２５０〜２５６頁
【特許文献１】特開２００４−５４１６５号公報
【特許文献２】特開平８−１２９１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記いずれの技術も、電界を印加した状態から無印加の状態にする場合において、固体粒子のブラウン運動等を用いて分散させているため、電界無印加状態にしても固体粒子が十分に分散するまでにはある程度の時間を要するといった課題がある。また、電界を印加してブリッジを形成してしまうと、固体粒子が固化されてしまい、ブラウン運動等だけでは分散が極めて困難といった課題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、応答特性に優れた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を行った結果、表示装置の画素領域において複数の電界方向を発生させることで画像の書き込みや消去を行うことで優れた応答特性を実現することができることに想到し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の一手段にかかる表示装置は、対向して配置される第一の基板及び第二の基板と、第一の基板と第二の基板との間に挟持されるスペーサー及びエレクトロレオロジー流体層と、を有する表示装置であって、第一の基板の前記第二の基板と対向する面には、第一の画素電極及び第一の画素電極と電気的に独立した第二の画素電極が形成され、第二の基板の第一の基盤と対向する面には、第三の画素電極及び第三の画素電極と電気的に独立した第四の画素電極が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、この手段において、前記第一の基板には、第一の画素電極と第二の画素電極を電気的に接続可能とする第一のスイッチング素子が形成され、第二の基板には、第三の画素電極と第四の画素電極を電気的に接続可能とする第二のスイッチング素子が形成されていることも望ましい。
【００１１】
また、この手段において、第一の画素電極と第三の画素電極を電気的に接続可能とする第三のスイッチング素子、第二の画素電極と第四の画素電極を電気的に接続可能とする第四のスイッチング素子が形成されたドライバ回路を有することも望ましい。
【００１２】
また、この手段において、第一の電極及び第二の電極は略平行に配置されていること、更に、第三の電極及び前記第四の電極も略平行に配置されていることが望ましい。
【００１３】
また、この手段において、第一の画素電極と第三の画素電極、第二の画素電極と第四の画素電極のそれぞれは、第一の基板を垂直方向から見た場合に重なるよう配置されていることも望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上、本発明により、応答特性に優れた表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例に限定されないことはいうまでもない。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る表示装置（以下「本表示装置」という。）の構成の概略を示す図である。本表示装置１は、対向して配置される第一の基板２及び第二の基板３（以下、第一の基板２と第二の基板３とをあわせて「一対の基板」ともいう。）と、この一対の基板の間に挟持されるスペーサー４及びエレクトロレオロジー流体層５と、を有する。
【００１７】
また、本表示装置の第二の基板３の第一の基板と対向する面と反対の面側に着色層７が配置されており、表示装置の観測者は、第一の基板２の第二の基板３と対向する面とは反対の面から本表示装置１を観測することで表示装置１に表示される画像を視認することができる。着色層７の色は、後述する表示装置が透過状態にある場合に、観測者が視認することができる色となるよう、白黒表示であれば白色若しくは反射する材質（絶縁性の固体粒子が光を吸収する場合）、又は黒色若しくは光を反射しない材質（絶縁性の固体粒子が光を散乱する場合）であることが望ましく、カラー表示であれば例えば赤色、緑色、緑色のいずれかに着色されていることが望ましい。
【００１８】
本実施形態にかかる第一の基板２、第二の基板３としては、透明である限りにおいて特段に制限は無く、材質としては例えばガラス、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等の透明性を有するプラスチック等を好適に採用することができる。また、一対の基板はいわゆる透過型の表示装置とする場合、双方とも透明であることが望ましいが、反射型の表示装置とする場合、少なくとも一方が透明であればよい。
【００１９】
スペーサー４は、一対の基板間の距離を所望の厚さに保つためのものであって、本実施形態では複数の矩形の切抜き部４１が形成された板状となっており、各切抜き部４１にＥＲ流体が充填されている。スペーサー４の材質としてはＥＲ流体に印加される電界を弱めない程度に絶縁性を有していることが望ましく、例としてはポリエチレン、ポリスチレン等の有機物を用いることもできるし、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の無機物を用いることもできる。スペーサー４の形状は、一対の基板の間の距離を所望の厚さに保つことができる限りにおいて特段に制限はなく、例えば、球状スペーサー、柱状のスペーサーであってもよい。また、スペーサー４の厚さとしては、印加する電圧等によって適宜調整が可能であるが、概ね１００μｍ〜５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２０】
エレクトロレオロジー流体層（以下「ＥＲ流体層」）５とはＥＲ流体を含み、電界を印加することでレオロジー特性を変化させることができる限り特段に制限されるものではないが、例えば絶縁性の固体粒子を分散させた絶縁性の液体であることが好ましい。
【００２１】
絶縁性の固体粒子は、絶縁性の液体中で電界に反応して移動することができる粒子であり、詳細は後述するが光の散乱又は吸収により表示装置として明暗を行わせることができるものである。絶縁性の固体粒子は移動可能な粒子である限りにおいて限定されるわけではないが、例えば、シリカ、セルロース、でんぷん、酸化チタン、二酸化チタン、水酸化チタンなどを好適に用いることができ、更には、例えば「工業材料（１９９４年、第１４２巻、第三号、１０４〜１０６頁）」に掲載されているような無機・有機複合粒子も用いることができる。なお、固体粒子の大きさとしては適宜調整可能であり特段限定されるわけではないが、概ね６μｍ〜２０μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
また、絶縁性の液体としては、光透過性を有するものであることが好適であり、以下に限定されるわけではないが、例えば、フッ素系不活性液体、脂肪族飽和炭化水素、シリコーンオイル、流動パラフィンなどを好適に用いることができる。また、絶縁性の液体には、光透過性を阻害しない範囲で染料や顔料などの着色剤を混ぜてもよい。
【００２３】
また、本実施形態にかかる表示装置は、スペーサー４の切抜き部４１に対応した領域が画素領域となり、この画素領域において、第一の基板２の前記第二の基板３と対向する面には、第一の画素電極６１及び第一の画素電極６１と電気的に独立した第二の画素電極６２が形成されており、第二の基板３の第一の基板２と対向する面には、第三の画素電極６３及び第三の画素電極と電気的に独立した第四の画素電極６４が形成されている。図２にスペーサー４の一つの切抜き部４１近傍における部分斜視図を、図３にその部分断面図（表示装置組立後）を示す。ここで画素電極とは、後述する走査配線や信号配線とは異なる配線であって、ＥＲ流体層５に対して電界を印加して固体粒子を移動可させるものであり、本表示装置は、第一乃至第四の画素電極を適宜選択して複数の方向の電界を発生させることができる。画素電極の形状については特段に限定はないが、例えば各画素電極形状としては直線形状であって、第一及び第二の画素電極、第三及び第四の画素電極がそれぞれ平行に配置され、第一乃至第四の画素電極は、対向する基板の画素電極と基板垂直方向から観測した場合、重なって（配置して）いることが良好な画像を得ることができる点で望ましい（本実施形態においては第一の画素電極と第三の画素電極、第二の画素電極と第四の画素電極とが重なって配置されている）。第一乃至第四の画素電極の材質としては、電界を発生させることができる限りにおいて特段に限定されるわけではないが、例えばＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明電極、アルミニウムや銅等の金属電極などを好適に用いることができる。なお金属電極の場合、固体粒子が光散乱性のものである場合、ブラックマトリクスを配置する必要がなくなるという利点がある。
【００２４】
本実施形態にかかる表示装置の他の電極配線等については、第一乃至第四の画素電極を介してＥＲ流体層５に電圧を印加することができる限りにおいて特段に限定されないが、例えば図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一対の基板それぞれにおいて、他方の基板と対向する面に、複数の走査配線６５及び複数の信号配線６６と、これら走査配線と信号配線のそれぞれの交差に対応して形成される複数のトランジスタ６７、６８と、各画素電極の間に配置され、表示期間中に電圧を保持するための蓄積容量６９を少なくとも有し、これら複数のトランジスタが上記の第一乃至第四の画素電極のいずれかと接続させることで実現できる。なお図４（Ａ）は、第一の基板２における配線構造の等価回路を示す図であり、図（Ｂ）は、第二の基板３における配線構造の等価回路を示す図である。また、上記複数の走査配線及び複数の信号配線は、基板の周辺部に形成される周辺回路、別のテープ基板などに配置されるドライバ回路と接続することで制御できる。
【００２５】
次に、本表示装置の実際の動作について図５を用いて説明する。図５は、図３と同様、実施形態に係る表示装置の一断面の概略を示す図である。
【００２６】
まず図５（Ａ）は、第一の画素電極と第二の画素電極、第三の画素電極と第四の画素電極、をそれぞれ等電位とし、かつ、第一の電極６１と第三の電極６３との間、第二の電極６２と第四の電極６４との間それぞれに電圧Ｖ１を印加した場合の図である。このように第一の電極と第三の電極との間、第二の電極６２と第四の電極６４との間に電圧を印加することでＥＲ流体層５中の絶縁性の固体粒子５１は分極し、第一の電極６１と第三の電極６３との間、第二の電極６２と第四の電極６４との間に生じた電界に沿うようにブリッジし偏在することとなる。この結果、それ以外の領域（第一の電極と第二の電極との間の領域）では絶縁性の固体粒子５１の密度が下がり、観測者は着色層７の色を視認することができるようになり（この状態を「透過状態」という）、表示装置として機能することが可能となる。
【００２７】
また一方、図５（Ｂ）は、第一の画素電極と第三の画素電極、第二の画素電極と第四の画素電極を等電位とし、かつ、第一の電極６１と第二の電極６２との間、第三の電極６３と第四の電極６４との間それぞれに電圧Ｖ２を印加した場合の図である。このようにすることで第一の画素電極と第二の画素電極、第三の画素電極と第四の画素電極の間にブリッジを形成させることができる。この結果、画素電極の間の領域に入射される光は絶縁性の固体粒子５１により散乱され、白表示を行わせることができる（この状態を「散乱状態」という）。なお、上記Ｖ１とＶ２とは、絶縁性の固体粒子に印加される電界、画素電極間の距離に応じて適宜調整可能であり、同じである必要は必ずしもない。
【００２８】
なお、上記電界を発生させるための画素電極の電気的接続関係の一例を図６に示す。本表示装置は、上記のとおり透過状態において第一の画素電極と第二の画素電極、第三の電極と第四の画素電極とを等電位とし、散乱状態において第一の画素電極と第三の画素電極、第二の画素電極と第四の画素電極とを等電位とすることができるよう、第一の画素電極と第二の画素電極との間を接続可能とする第一のスイッチング素子８１、第三の電極と第四の画素電極との間を接続可能とする第二のスイッチング素子８２、第一の画素電極と第三の画素電極との間を接続可能とする第三のスイッチング素子８３、第二の画素電極と第四の画素電極との間を接続可能とするための第四のスイッチング素子８４を少なくとも有していることが望ましい。第一及び第二のスイッチング素子は一対の基板のそれぞれに設けることもできるし、例えば一対の基板外部に接続されるドライバ回路に設けることも可能である。また第三及び第四のスイッチング素子は、異なる基板における画素電極の電位を等電位にする必要から、一対の基板外部に接続されるドライバ回路に設けておくことが望ましい。
【００２９】
以上、本実施形態によると、画素領域に四つの電気的に独立した画素電極を配置することで、そのそれぞれの画素電極の間で複数の方向電界を発生させることができ、透過状態から散乱状態にする場合、散乱状態から透過状態にするいずれの場合に対しても電界を発生させることができるため、ブラウン運動による拡散に頼らず高速で応答性に優れた表示装置とすることができる。また、透過状態から散乱状態に至る場合であっても、散乱状態から透過状態に至る場合であっても電界の印加を用いることで、固体粒子の固化を防ぐことができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、散乱状態において第一の画素電極と第二の画素電極、第三の画素電極と第四の画素電極に対して電界を印加させているが、散乱状態において第一の画素電極と第二の画素電極の間のみに電界を発生させる態様も可能である。この態様における散乱状態の一断面図を図７に示しておく。
【００３１】
なお、本実施形態に係る表示装置は、上記構成を採用する限りにおいて様々な方法により製造することができるが、以下に示す方法により製造することができる。
【実施例１】
【００３２】
以下、上記実施形態の実施例について具体的に説明する。本実施例では、わかりやすくするために一画素領域の表示装置について作成し、評価した。
【００３３】
まず、基板として、１０ｍｍ×１０ｍｍのガラス基板（厚さ１ｍｍ）を用い、５ｍｍ×５ｍｍの矩形の切込みを有する厚さ３ｍｍのシリコーンゴム製のスペーサーを挟み込み、この切込みにＥＲ流体を流し込むとともにこれらを一体に接合し、密封した。ＥＲ流体としては、絶縁性の液体としてシリコーンオイル（ＴＳＦ４５１−１０（登録商標）、ＧＥ東芝シリコーン製）５０．１ｇを、絶縁性の固体粒子としてＴｉＯ（ＯＨ）２粒子を用いた。なおＥＲ流体には添加剤として界面活性剤（ＴＳＦ４７００（登録商標）、ＧＥ東芝シリコーン製）０．２８８ｇを添加し、あらかじめ超音波分散機で１０分間分散させた。なお、一対のガラス基板には第一乃至第四のＩＴＯからなる画素電極を形成し、いずれも幅１ｍｍ、長さ５ｍｍの長方形とした。また第一の画素電極と第二の画素電極、第三の電極および第四の電極はそれぞれ３ｍｍの間隔とし、しかも平行に配置させた。なお、第一乃至第四の画素電極は、それぞれ基板上に別途形成された配線を介し外部電源に接続させた。
【００３４】
ここで、上記の表示装置に対し、電圧を印加し、電界を生じさせて透過状態と散乱状態とを繰り返した。そして透過状態と散乱状態において透過率（％）を測定（Ｍａｃｂｅｔｈ社製ＴＤ９３２を使用）し、書き込み回数を横軸としてプロットした。この結果を図８に示す。なお、各状態における透過率は、表示装置に入射する光の強度と表示装置により透過した光の比と定義した。また、透過状態において第一の画素電極と第三の画素電極の間、第二の画素電極と第四の画素電極との間に印加した電圧は１ｋＶとし、散乱状態において第一の画素電極と第二の画素電極、第三の画素電極と第四の画素電極との間に印加した電圧は１ｋＶとした。
【００３５】
この結果、図からも明らかなように、書き込みと消去を繰り返しても、透過状態と散乱状態を繰り返しても透過率の変化はいずれも小さく、書き込み耐久性に優れていることが確認できた。
【００３６】
なお、透過状態から散乱状態に至る場合（第一の画素電極と第二の画素電極、第三の画素電極と第四の画素電極との間に電圧を印加した場合）、散乱状態から透過状態に至る場合（第一の画素電極と第三の画素電極、第二の画素電極と第四の画素電極との間に電圧を印加した場合）のそれぞれにおける本表示装置の透過率変化の速度についても確認した。この結果、散乱状態から透過状態への応答はもちろん、透過状態から散乱状態に至る場合においても同程度に速く応答していることを確認した。これは、ブラウン運動による拡散を用いる場合に比べてきわめて速く確実なものであった。なおこの構成においては、印加する電圧、電極の幅や長さ、挟持するＥＲ流体層の構成などについても調整を加えればより高速化させることが可能である。特に電極間の距離を短くすれば高精彩化にもつながり、更なる効果を発揮することとなる。
【００３７】
以上、本実施例に係る表示装置は、十分に優れた応答特性を有することを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、種々の表示装置に適用が可能であり、限定されるわけではないが、例えば、パソコン、携帯電話やモバイル端末などのディスプレイ装置、電子ペーパー等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態に係る表示装置の構成の概略を示す図。
【図２】実施形態に係る表示装置の一つの切抜き部近傍の概略斜視図。
【図３】実施形態に係る表示装置の一つの切抜き部近傍の断面概略図。
【図４】実施形態に係る表示装置の電極配線等の概略について説明する図。
【図５】実施形態に係る表示装置の実際の動作について説明するための図。
【図６】実施形態に係る表示装置における画素電極の電気的接続関係を説明する図。
【図７】実施形態に係る表示装置の表示装置の他の動作について説明する図。
【図８】実施例に係る表示装置の応答速度についての測定結果を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１…表示装置、２…第一の基板、３…第二の基板、４…スペーサー、５…ＥＲ流体層、７…着色板、４１…切抜き部、５１…固体粒子、５２…液体、６１…第一の画素電極、６２…第二の画素電極、６３…第三の画素電極、６４…第四の画素電極、８１…第一のスイッチング素子、８２…第二のスイッチング素子、８３…第三のスイッチング素子、８４…第四のスイッチング素子
【図１】
2007212702.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007212702.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2007212702.tif 000008
【図７】
2007212702.tif 000009
【図８】
2007212702.tif 000010