JP2000356750A - 表示素子および表示装置 - Google Patents

表示素子および表示装置

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JP2000356750A
JP2000356750A JP11169493A JP16949399A JP2000356750A JP 2000356750 A JP2000356750 A JP 2000356750A JP 11169493 A JP11169493 A JP 11169493A JP 16949399 A JP16949399 A JP 16949399A JP 2000356750 A JP2000356750 A JP 2000356750A
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Eirishi Kawanami
英利子 川浪
Ichiro Onuki
一朗 大貫
Shigeo Ogura
栄夫 小倉
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
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Abstract

(57)【要約】 【課題】エレクトロウエッティング現象を利用して、小
型化を図ることができ、簡単な構成で効率よく光量の変
化で表示を切り替えることができる表示素子および表示
装置を提供すること。 【解決手段】マスクを通過する光量の変化により表示の
切り替えを行う表示素子であって、第１と第２の支持体
と、前記第１と第２の支持体間に形成された空間内に密
閉され互いに混合することのない第１の液体及び導電性
または有極性の第２の液体とを有し、該第２の液体への
電圧の印加により前記第１の液体と前記第２の液体との
界面形状を変化させ、マスクを通過する光量の調節を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示素子および表
示装置に関し、特に、エレクトロウエッティング現象を
利用して、小型化を図ることができ、簡単な構成で効率
よく光量の変化で表示を切り替えることができる表示素
子および表示装置の実現を目指すものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、表示素子あるいは表示装置として
は、液晶を用いたものが広く用いられており、透明電極
基板間に印加する電界の状態に応じて、液晶分子のねじ
れ状態が変化し、それらが透過する光の偏光状態に影響
を与え、偏光板との関係で光の透過／不透過を制御し、
情報の表示を行っている。このような液晶表示装置で
は、基本的にはねじれ角が９０度のツイステッドネマチ
ック型液晶セルを用いている。また、光の散乱を利用し
た表示方式が、いくつか提案されており、そうしたもの
として高分子樹脂中に液晶を分散させた、分散型液晶が
提案されており、公表特許昭和５８−５０１６３１号公
報に開示されている、ＮＣＡＰ膜、あるいは公表特許昭
和６３−５０１５１２号公報に開示されているＰＤＬＣ
膜等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例の表示素子および表示装置は、つぎのような問
題を有している。例えば、液晶を用いた表示装置のう
ち、バックライト等を設けた透過型のものは、明るい表
示が可能であるが、バックライト等は体積的に大きく、
消費電力も大きいという課題がある。一方、反射型のも
のではそうした課題は生じないが、偏光板等での光の吸
収が大きいために、表示そのものが暗く、表示のコント
ラストも低いという点に問題がある。また、高分子分散
型液晶では、液晶表示装置の外部からＰＤＬＣ膜等に入
射した光の後方散乱は小さく、前方散乱が大きい。この
ためにその白色度および白黒のコントラストはＰＤＬＣ
膜とその背後の黒色体との距離に依存するためにコント
ラスト比が低い値にしかならないという点に問題を有し
ている。
【０００４】ところで、液体に電圧を加えると界面張力
が変化して界面の移動変形が起こる現象として、エレク
トロウエッティング現象が知られている。これは電気毛
管ともいわれ、図５のように絶縁層５０２を形成した基
板電極５０１上に、導電性の液滴５０３があり、この液
滴５０３と基板電極５０１との間に電圧をかけると、一
種のコンデンサを形成し静電エネルギーが蓄積され、こ
の静電エネルギーにより、表面張力の釣り合いが変化
し、液滴５０３が変形するものである（図５（ｂ））。
このようなエレクトロウエッティング現象は、これまで
可変焦点レンズ（ＷＯ９９／１８４５６）、電気毛管デ
ィスプレイシート（特開平０９−３１１６４３号公報）
などにおいて、その利用が図られてきたが、エレクトロ
ウエッティング現象を利用して、光量の変化で表示を切
り替える表示素子あるいは表示装置は、未だ実現してい
ない。
【０００５】そこで、本発明は、上記した課題を解決
し、従来のものとは異なる方式の表示素子および表示装
置を構成するため、上記のエレクトロウエッティング現
象を利用して、小型化を図ることができ、簡単な構成で
効率よく光量の変化で表示を切り替えることができる表
示素子および表示装置を提供することを目的とするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、表示素子および表示装置を、つぎの（１）
〜（１９）のように構成したことを特徴とするものであ
る。 （１）本発明の表示素子は、マスクを通過する光量の変
化により表示の切り替えを行う表示素子であって、第１
と第２の支持体と、前記第１と第２の支持体間に形成さ
れた空間内に密閉され互いに混合することのない第１の
液体及び導電性または有極性の第２の液体とを有し、該
第２の液体への電圧の印加により前記第１の液体と前記
第２の液体との界面形状を変化させ、マスクを通過する
光量の調節を行うことを特徴としている。 （２）本発明の表示素子は、前記第２の液体から絶縁さ
れた第１の電極と、前記第２の液体に導通された第２の
電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間
の印加電圧を変化させることにより、前記第１の液体と
前記第２の液体との界面形状を変化させることを特徴と
している。 （３）本発明の表示素子は、前記第１の電極と、前記第
１の液体との間に絶縁層を有することを特徴としてい
る。 （４）本発明の表示素子は、前記絶縁層が、前記第１の
電極を介して第１の支持体上に形成されていることを特
徴としている。 （５）本発明の表示素子は、前記第１の液体と前記第２
の液体とを、該第２の液体を介して前記第２の支持体に
接触しないようにして前記空間内に密閉し、電圧の印加
により前記界面形状を変化させ、該界面を通過する光の
焦点距離を変化させて、マスクを通過する光量の調節を
行うことを特徴としている。 （６）本発明の表示素子は、前記マスクが、光透過部と
遮光部を有するマスクであることを特徴としている。 （７）本発明の表示素子は、前記マスクが、前記第１の
液体と前記第２の液体との界面における中心軸と略一致
した格子状の光透過部を有することを特徴としている。 （８）本発明の表示素子は、前記マスクが、前記第１の
液体と前記第２の液体との界面における中心軸と略一致
した格子状の光遮断部を有することを特徴としている。 （９）本発明の表示素子は、前記第１の電極手段が、第
１の支持体上に平行に形成されていることを特徴として
いる。 （１０）本発明の表示素子は、前記第１の電極手段が、
第１の支持体上に垂直に形成されていることを特徴とし
ている。 （１１）本発明の表示素子は、前記第１の液体と前記第
２の液体である電解質溶液は、比重が実質的に等しいこ
とを特徴としている。 （１２）本発明の表示素子は、前記第１の液体の屈折率
と前記第２の液体である電解質溶液は、屈折率差が、
０．０５以上あることを特徴としている。 （１３）本発明の表示素子は、前記第１の液体は、屈折
率が前記第１と第２の支持体の屈折率より大きいことを
特徴としている。 （１４）本発明の表示素子は、前記第１の液体は、屈折
率が前記第２の液体である電解質溶液の屈折率より大き
いことを特徴としている。 （１５）本発明の表示素子は、前記第２の液体である電
解質溶液は、屈折率が前記第１と第２の支持体の屈折率
と実質的に等しいことを特徴としている。 （１６）本発明の表示素子は、前記絶縁層の屈折率が、
前記第１と第２の支持体の屈折率と実質的に等しいこと
を特徴としている。 （１７）本発明の表示素子は、前記第１の電極が、２つ
以上の電極を持ちそれぞれ独立に制御する手段を持つこ
とを特徴としている。 （１８）本発明の表示装置は、光量を調節することがで
きる表示素子と表示素子に光を供給する光源とを少なく
とも備える表示装置において、前記表示素子が上記した
本発明のいずれかの表示素子で構成されていることを特
徴としている。 （１９）本発明の表示装置は、前記表示素子と前記光源
の間にカラーフィルタ層を有することを特徴としてい
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】本実施形態で開示する表示素子お
よび表示装置は、上記した構成により、効率よく光量の
変化で表示を切り替えることができる小型で簡単な構成
の表示素子および表示装置を実現することができる。上
記（１）〜（６）のように構成することによって、光量
を変化させ表示のオン／オフを切り替えることが可能と
なり、また、表示切り替えに機械的な駆動機構が必要で
ないため、小型化することができる。また、上記（７）
のように、マスクが界面の中心軸と略一致した格子状の
光透過部を有する構成を採ることにより、入射光の焦点
位置がマスク上に一致する場合は、入射光は全透過し表
示をオンにすることができ、焦点位置がマスク上に一致
しない場合は、入射光はほぼ遮断され表示をオフにする
ことができ、表示のオン／オフを切り替えることが可能
となる。また、上記（８）のように、マスクが界面の中
心軸と略一致した格子状の光遮断部を有する構成を採る
ことにより、入射光の焦点位置がマスク上に一致する場
合は、入射光は全透過し表示をオフにすることができ、
焦点位置がマスク上に一致しない場合は、入射光はほぼ
遮断され表示をオンにすることができ、表示のオン／オ
フを切り替えることが可能となる。また、上記（９）の
ように、第１の電極手段が第１の支持体上に平行に形成
される構成を採ることにより、エレクトロウエッティン
グ現象を利用して、簡単な構成で表示を切り替えること
が可能となる。また、上記（１０）のように、第１の電
極手段が第１の支持体上に垂直に形成さる構成を採るこ
とにより、入射光を効率よく利用することが可能とな
る。また、上記（１１）のように、前記第１の液体と前
記第２の液体である電解質溶液の比重が実質的に等しい
構成を採ることによって、重力の影響を排除することが
可能となる。また、上記（１２）のように、第１の液体
の屈折率と第２の液体である電解質溶液の屈折率差が、
０．０５以上である構成を採ることによって、前記第１
の液体の屈折率と前記第２の液体である電解質溶液との
界面で入射光を偏向させることができる。また、上記
（１３）〜（１６）のように、第１および第２の液体の
屈折率、あるいは絶縁層の屈折率等を所定の屈折率に設
定することによって、より有効な表示素子を実現するこ
とができる。また、上記（１７）のように、第１の電極
が２つ以上の電極を持ちそれぞれ独立に制御する手段を
持つように構成することによって、アレイ状に並んだ第
１の液体を１つ１つを独立して駆動することができる。
また、上記（１８）のように、上記のいずれかの表示素
子によって表示装置を構成することにより、効率よく光
量の変化で表示を切り替えることができる小型で簡単な
構成の表示装置を実現することができる。また、上記
（１９）のように、上記のいずれかの表示素子と光源の
間にカラーフィルタ層を有する構成を採ることによっ
て、カラー表示が可能な表示装置を実現することができ
る。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるも
のではない。 ［実施例１］図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施
例１に関わる表示素子の断面図である。図１において、
本実施例の表示素子は、支持体である第１、第２の基板
１０１、１０２および、第１の電極であるアクティブ素
子アレイ基板１０３、絶縁層１０４、表面処理層１０５
および、基板１０１および１０２の間に形成された空間
に封入された第１の液体１０６、導電性の第２の液体で
ある電解質溶液１０７、および第２の電極である対向電
極１０８およびマスク１０９から形成されている。
【０００９】屈折率ｎPの光学材料からなる基板１０
１、１０２は１ｍｍ厚の透明ガラス基板であり、１０３
は、例えば従来の液晶表示装置で用いられているＴＦＴ
のようなスイッチング用アクティブ素子とこれに接続さ
れた画素電極および走査線および信号線が配設されたア
クティブ素子アレイ基板であり、基板１０１上に形成さ
れている。アクティブ素子アレイ基板１０３上にレプリ
カ樹脂（大日本印刷（株）製、型番Ｃ００１）を滴下
し、ガラス板で押しつけた後、１５分間ＵＶ照射を行
い、厚さ２０μｍ程度の透明な絶縁層１０４を形成す
る。
【００１０】絶縁層１０４の屈折率は、基板１０１およ
び１０２の屈折率ｎPと実質的に等しい事が望ましい。
絶縁層１０４上に、ディッピング法により、厚さ１００
ｎｍ程度のサイトップ（旭硝子（株）製）によるモザイ
ク状にパターン化された表面処理層１０５を形成する。
アクティブ素子アレイ基板１０３、絶縁層１０４、表面
処理層１０５を形成した基板１０１の反対側の面上に、
タングステン（Ｗ）またはタングステンシリサイド（Ｗ
Ｓｉ）をスパッタ法またはＣＶＤ法を用いて、厚さ０．
５μｍとなるように形成した後、モザイク状にパターン
化された表面処理層１０５の格子の中心軸に一致した部
分をエッチングにより除去し、マスク１０９を形成す
る。
【００１１】図１（ｃ）は、この様にして形成されたマ
スクの平面図である。つまり、マスク１０９は、格子の
中心軸に一致した部分が光の透過部となる。アクティブ
素子アレイ基板１０３、絶縁層１０４、表面処理層１０
５を形成した基板１０１、および基板１０２の間に、シ
リコーンオイルＴＳＦ４３７（東芝シリコーン（株）
製）から成る第１の液体１０６および第１の液体１０６
に比重が実質的に等しくなるように調整したＮａＣｌ水
溶液（３．０ｗｔ％）から成る電解質溶液１０７を封入
する。第１の液体１０６と電解質溶液１０７の比重は、
±１０％以内の範囲で等しければよい。封入する際に
は、第１の液体１０６が基板１０２と接触しないように
する。封入した第１の液体１０６、電解質溶液１０７が
漏れないように、ニッケルからなる対向電極１０８とガ
ラス板等の封止物１１０で封止する。
【００１２】また、電解質溶液１０７の屈折率ｎAは、
基板１０１、１０２の屈折率ｎPに対し、実質的に等し
いことが望ましい（ｎP≒ｎA）。また、第１の液体１０
６は、シリコーンオイルのように電解質溶液１０７と混
合しない液体であり、その屈折率ｎBは、基板１０１、
１０２の屈折率ｎPより大きいことが望ましい（ｎB＞＞
ｎP）。第１の液体１０６の屈折率は１．４９であり、
電解質溶液１０７の屈折率は１．３４であるため、入射
光は、第１の液体１０６と電解質溶液１０７の界面で屈
折するが、電解質溶液１０７に電圧を印加していない状
態、すなわち電解質溶液１０７アクティブ素子アレイ基
板１０３およびニッケルからなる対向電極１０８に電圧
を加えていない状態（図１（ａ））、つまりＶ＝０で
は、第１の液体１０６のアクティブ素子アレイ基板１０
３、絶縁層１０４、表面処理層１０５を形成した基板１
０１に対する接触角θ0が小さいため光があまり集光せ
ず、ほとんどの光が、マスク１０９によりカットされ、
表示がオフの状態となる。
【００１３】そして、アクティブアレイ素子基板１０３
および対向電極１０８に電圧を加えると（図１
（ｂ））、つまりＶ＝Ｖ０になると、第１の液体１０６
と電解質溶液１０７の界面張力が変化して界面が変形
し、第１の液体１０６のアクティブ素子アレイ基板１０
３、絶縁層１０４、表面処理層１０５を形成した基板１
０１に対する接触角θVが電圧をかけてないときの接触
角θ0より大きくなり（θV＞θ0）、光がマスク１０９
の光が通過できる部分にほぼ１点に集光し、ほとんどの
光が、マスク１０９を通過するため、表示がオンの状態
となる。本実施例では、アクティブ素子アレイ基板１０
３を使用しているため、走査線に逐次タイミングを合わ
せて、全ての信号線に電圧を印加していくことで、アレ
イ状に並んだ第１の液体１０６を１つ１つを独立して駆
動することができる。
【００１４】また、基板１０１、１０２の材質は、ガラ
ス、またはテフロン、ポリカーボネートおよびアクリル
のようなプラスチックでもよい。絶縁層１０４の屈折率
は、基板１０１および１０２の屈折率ｎPと実質的に等
しい事が望ましく、絶縁層１０４は、紫外線硬化である
レプリカによって形成された膜でもよく、キャスト法に
よって形成された膜でもよく、さらにはスパッタリング
または化学蒸着処理法によって蒸着された膜でも良い。
【００１５】紫外線硬化で使用できる樹脂としては、ア
クリレート系、不飽和ポリエステル／スチレン系、ポリ
エチレン／チオール系、エポキシ／ルイス酸系、などが
挙げられる。重合速度や粘度を調節する必要のある場合
は、異なった材料を混合するか、モノマーや重合度の異
なったオリゴマーを添加すればよい。光重合開始剤とし
ては、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ベンジル、ベ
ンゾイン、チオキサントンなどやそれらの誘導体、およ
びテトラメチルチウラムモノサルファイド（ＴＳＭ）な
どがある。重合開始剤の濃度は、ポリマーに対して０．
３〜５．０％、望ましくは０．５〜３．０％がよい。
【００１６】また、キャスト法で用いることのできる樹
脂としては、ＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂、ポリスチ
レン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリ
アリレート、ポリエーテルサルフォン、シロキサン系樹
脂などが、各種溶媒に解けやすいために好ましいが、エ
ポキシ樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリエチレンおよびこれらの共重合体などでも溶媒
を工夫することによって使用可能である。スパッタリン
グまたは化学蒸着法で用いることのできる樹脂は、テフ
ロンまたは他のフッ素処理ポリマーであってもよい。
【００１７】表面処理層１０５としては、サイトップを
ディッピング法により塗布したものでもよく、メチルト
リメトキシシラン、ジメチルメトキシシラン、Ｎ−（β
−アミノエチル）−γ−アミノプロピリメチルジメトキ
シシランの一種または二種以上のケイ素化合物を水で希
釈し得られる液を塗布してもよく、フルオロアルキルシ
ラン化合物、長鎖脂肪族シラン化合物およびケイ素イソ
シアネートのうち、少なくとも２種類以上の化合物と希
釈溶剤ならびに酸触媒でなる混合溶液を塗布したもので
も良い。基板１０１、１０２の間に封入してある電解質
溶液１０７は、ＮａＣｌ、Ｎａ2ＳＯ4などのような電解
質を溶かした水溶液でもよく、水、アルコール、アセト
ン、ホルムアミド、エチレングリコールのような有極性
液体およびこれらと他の適当な液体との混合物でもよ
い。第１の液体１０６は、シリコーンオイルのように電
解質溶液１０７と混合しない液体である。また、第１の
液体１０６の屈折率は、電解質溶液１０６の屈折率より
大きいことが望ましい。
【００１８】対向電極１０８は、金、白金、ステンレス
鋼、ニッケル、銀および酸化インジウム／すずのような
材料でできていてもよく、電解質溶液１０７と接してい
れば、平板でも棒状でもよい。マスク１０９は、タング
ステン（Ｗ）またはタングステンシリサイド（ＷＳｉ）
をスパッタ法またはＣＶＤ法を用いて形成したものでも
よく、モリブデンおよびチタンのような高融点金属から
選ばれる少なくとも一つの金属膜であることが望まし
い。封止物１１０は、ガラス、アクリル、金属のような
材料でできていてもよく、封止することができれば、平
板でも円形でも棒状でも良い。また、図１では、一方を
対向電極１０８、もう一方をガラスの封止物１１０で封
止しているが、両方ともガラス板で封止しても良い。ま
た、実施例１では、マスク１０９を直接基板１０１上に
形成したが、実施例１の変形例として、遮光するものと
して遮光膜ではなく、金属等でできたモザイク状のパタ
ーン化された遮光基板を用いてもよい。
【００１９】［実施例２］図２（ａ）および（ｂ）は、
本発明の実施例２に関わる光学素子の断面図である。図
２において、本実施例の光学素子は、支持体である第
１、第２の基板２０１、２０２および、第１の電極であ
るアクティブ素子アレイ基板２０３、絶縁層２０４、表
面処理層２０５および、基板２０１および２０２の間に
形成された空間に封入された第１の液体２０６、導電性
の第２の液体である電解質溶液２０７、および第２の電
極である対向電極２０８およびマスク２０９から形成さ
れている。実施例１と同様に作成した、アクティブ素子
アレイ基板２０３、絶縁層２０４、表面処理層２０５を
形成した基板２０１のもう一方の面上にマスク２０９と
して、タングステン（Ｗ）またはタングステンシリサイ
ド（ＷＳｉ）をスパッタ法またはＣＶＤ法を用いて、厚
さ０．５μｍとなるように形成した後、モザイク状にパ
ターン化された表面処理層２０５の孔子の中心軸に一致
した部分を残すようにしてエッチングにより除去した。
【００２０】図２（ｃ）は、この様にして形成されたマ
スクの平面図である。つまり、マスク２０９は、格子の
中心軸に一致した部分が遮光部となる。実施例１と同様
に、アクティブ素子アレイ基板２０３、絶縁層２０４、
表面処理層２０５を形成した基板２０１、および基板２
０２の間に、シリコーンオイルＴＳＦ４３７（東芝シリ
コーン（株）製）から成る第１の液体２０６および第１
の液体２０６に比重が実質的に等しくなるように調整し
たＮａＣｌ水溶液（３．０ｗｔ％）から成る電解質溶液
２０７を封入し、封入した第１の液体２０６、電解質溶
液２０７が漏れないように、ニッケルからなる対向電極
２０８とガラス板等の封止物２１０で封止する。
【００２１】第１の液体２０６の屈折率は１．４９であ
り、電解質溶液２０７の屈折率は１．３４であるため、
入射光は、第１の液体２０６と電解質溶液２０７の界面
で屈折するが、アクティブ素子アレイ基板２０３および
対向電極２０８に電圧を加えていない状態（図２
（ａ））、つまりＶ＝０では、第１の液体２０６のアク
ティブ素子アレイ基板２０３、絶縁層２０４、表面処理
層２０５を形成した基板２０１に対する接触角θ0が小
さいため光があまり集光せず、ほとんどの光がマスク２
０９によりカットされず通過し、表示がオンの状態とな
る。
【００２２】そして、アクティブ素子アレイ基板１０３
および対向電極２０８に電圧を加えると（図２
（ｂ））、つまりＶ＝Ｖ０になると、第１の液体２０６
と電解質溶液２０７の界面張力が変化して界面が変形
し、第１の液体２０６のアクティブ素子アレイ基板２０
３、絶縁層２０４、表面処理層２０５を形成した基板２
０１に対する接触角θVが電圧をかけてないときの接触
角θ0より大きくなり（ θV＞θ0）、光がマスク２０
９の遮光部にほぼ１点に集光し、ほとんどの光が、マス
ク２０９によりカットされるため、表示がオフの状態と
なる。この際に、アクティブ素子アレイ基板２０３を使
用しているため、走査線に逐次タイミングを合わせて、
全ての信号線に電圧を印加していくことで、アレイ状に
並んだ第１の液体２０６を１つ１つを独立して駆動する
ことができる。実施例２で使用する材料は、実施例１と
同じものを用いても良い。
【００２３】［実施例３］図３は、本発明の実施例３に
関わる表示素子の断面図である。図３において、本実施
例の表示素子は、第１、第２の基板３０１、３０２およ
び、第１の電極であるアクティブ素子アレイ基板３０
３、表面処理層３０４、第２の電極である対向電極３０
５および絶縁層３０６、基板３０１および３０２の間に
形成された空間に封入された第１の液体３０７および第
２の液体である電解質溶液３０８、マスク３０９から形
成されている。
【００２４】屈折率ｎPの光学材料からなる基板３０
１、３０２は１ｍｍ厚の透明ガラス基板であり、３０３
は、例えば従来の液晶表示装置で用いられているＴＦＴ
のようなスイッチング用アクティブ素子とこれに接続さ
れた画素電極および走査線および信号線が配設されたア
クティブ素子アレイ基板であり、基板３０２上に形成さ
れている。アクティブ素子アレイ基板３０３上にレプリ
カ樹脂（大日本印刷（株）製、型番Ｃ００１）を滴下
し、ガラス板で押しつけた後、１５分間ＵＶ照射を行
い、厚さ２０μｍ程度の透明な絶縁層３０６ａを形成す
る。基板３０１上に、ディッピング法により、厚さ１０
０ｎｍ程度のサイトップ（旭硝子（株）製）によるモザ
イク状にパターン化された表面処理層３０４を形成す
る。
【００２５】３０５は、アルミニウムよりなる円筒状の
対向電極（第２の電極、図３（ｃ））であり、対向電極
３０５の内部に電着塗装により、１０μｍ程度の絶縁層
３０６ｂを形成する。絶縁層３０６ｂを形成した対向電
極３０５を表面処理層３０４を形成した基板３０１に接
着する。基板３０１の対向電極３０５とは反対側の面上
にマスク３０９として、タングステン（Ｗ）またはタン
グステンシリサイド（ＷＳｉ）をスパッタ法またはＣＶ
Ｄ法を用いて、厚さ０．５μｍとなるように形成した
後、モザイク状にパターン化された表面処理層３０４の
格子の中心軸に一致した部分をエッチングにより除去し
た。つまり、マスク３０９は、表面処理層３０４格子の
中心軸に一致した部分が光の透過部となる。
【００２６】アクティブ素子アレイ基板３０３および絶
縁層３０６ａを形成した基板３０２、および基板３０１
上に形成した対向電極３０５の各円筒の間に、シリコー
ンオイルＴＳＦ４３７（東芝シリコーン（株）製）から
成る第１の液体３０７および第１の液体３０７に比重が
実質的に等しくなるように調整したＮａＣｌ水溶液
（３．０ｗｔ％）から成る電解質溶液３０８を封入す
る。第１の液体３０７と電解質溶液３０８の比重は、±
１０％以内の範囲で等しければよい。封入する際には、
第１の液体３０７が基板３０１と接触しないようにす
る。
【００２７】また、電解質溶液３０８の屈折率ｎAは、
基板３０１、３０２の屈折率ｎPに対し、実質的に等し
いことが望ましい（ｎP≒ｎA）。また、第１の液体３０
７は、シリコーンオイルのように電解質溶液３０８と混
合しない液体であり、その屈折率ｎBは、基板３０１、
３０２の屈折率ｎPより大きいことが望ましい（ｎB＞＞
ｎP）。アクティブ素子アレイ基板３０３およびアルミ
ニウムから成る対向電極３０５に電圧を加えていない状
態（図３（ａ））、つまりＶ＝０では、第１の液体３０
７と表面処理層３０４を形成した基板３０１との接触角
θ0が小さいため光があまり集光せず、ほとんどの光
が、マスク３０９によりカットされ、表示がオフの状態
となる。
【００２８】そして、アクティブ素子アレイ基板３０３
および対向電極３０５に電圧を加えると（図３
（ｂ））、つまりＶ＝Ｖ０になると、第１の液体３０７
と電解質溶液３０８の界面張力が変化して界面が変形
し、第１の液体３０７と表面処理層３０４を形成した基
板３０１との接触角θVが電圧をかけてないときの接触
角θ0より大きくなり （θV＞θ0）、光がマスク３０
９の光が通過できる部分にほぼ１点に集光し、ほとんど
の光が、マスク３０９を通過するため、表示がオンの状
態となる。この際に、アクティブ素子アレイ基板３０３
を使用しているため、走査線に逐次タイミングを合わせ
て、全ての信号線に電圧を印加していくことで、アレイ
状に並んだ第１の液体３０７を１つ１つを独立して駆動
することができる。
【００２９】本実施例では、第１の電極であるアクティ
ブ素子アレイ基板３０３と第２の電極である対向電極３
０５の配置が垂直であり、第１の液体３０７が、第２の
電極である対向電極３０５と接触することができるため
に、全ての光を有効に使えることができる。実施例３で
使用する材料は、実施例１と同じものを用いて良い。 ［実施例４］図４は、本発明の実施例４に関わる表示装
置の断面図である。図４において、本発明の表示装置
は、光源であるランプ４０１、反射鏡４０２、導光板４
０３、カラーフィルタ４０４、表示素子として、実施例
１もしくは実施例２もしくは実施例３における表示素子
４０５から構成されている。ランプ４０１から、発せら
れた光は、反射鏡４０２で反射されて導光板４０３を進
む。この導光板４０３より出射された白色光はカラーフ
ィルタ４０４により、赤、緑、青の３色の光に分光さ
れ、その後、表示素子４０５を通過し各光の光量が調節
し、出射される。
【００３０】本実施例の表示装置では、電圧を印加する
ことで、表示素子内に封入してある第１の液体と第２の
液体である電解質溶液との界面形状を変化させることに
より、界面を通過する光の焦点距離を変化させ、マスク
を通過する光の光量を調節することで、各光の出射量を
変化させ表示をおこなっている（図４（ｂ））。また出
射量を調節するために機械的な駆動機構が必要でないた
め、小型化することができる。本実施例の表示装置で
は、カラーフィルタ層を備えているが、カラーフィルタ
層がない場合は、白黒表示をすることができる。以上、
実施例１〜実施例４に示した表示素子あるいは表示装置
は、光量の調節を行う手段として機械的な駆動機構が必
要ないため装置の小型化を図ることができる。また、エ
レクトロウエッティング現象を利用して光量の調節を行
うようにしているので、効率よく光量の変化により表示
の切り替えを行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、エレクトロウエッティング現象を利用して、従来の
ものとは異なる方式の表示素子および表示装置を構成す
ることができ、小型化を図ることが可能となり、また簡
単な構成によって効率よく光量の変化で表示の切り替え
を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に関わる表示素子の概要を示
す図である。
【図２】本発明の実施例２に関わる表示素子の概要を示
す図である。
【図３】本発明の実施例３に関わる表示素子の概要を示
す図である。
【図４】本発明の実施例４に関わる表示装置の概要を示
す図である。
【図５】エレクトロウエッティング現象を説明するため
の電圧の印加前、印加後の液滴の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０１：第１の基板 １０２：第２の基板 １０３：アクティブ素子アレイ基板 １０４：絶縁層 １０５：表面処理層 １０６：第１の液体 １０７：第２の液体（電解質溶液） １０８：対向電極 １０９：マスク １１０：封止物（ガラス板） ２０１：第１の基板 ２０２：第２の基板 ２０３：アクティブ素子アレイ基板 ２０４：絶縁層 ２０５：表面処理層 ２０６：第１の液体 ２０７：第２の液体（電解質溶液） ２０８：対向電極 ２０９：マスク ２１０：封止物（ガラス板） ３０１：第１の基板 ３０２：第２の基板 ３０３：アクティブ素子アレイ基板 ３０４：表面処理層 ３０５：対向電極 ３０６ａ、３０６ｂ：絶縁層 ３０７：第１の液体 ３０８：第２の液体（電解質溶液） ３０９：マスク ４０１：ランプ ４０２：反射鏡 ４０３：導光板 ４０４：カラーフィルタ ４０５：表示素子 ４０６：マスク ５０１：絶縁層 ５０２：基板電極 ５０３：液滴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 栄夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA01 AB24 AB32 AB38 AC10

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マスクを通過する光量の変化により表示の
    切り替えを行う表示素子であって、第１と第２の支持体
    と、前記第１と第２の支持体間に形成された空間内に密
    閉され互いに混合することのない第１の液体及び導電性
    または有極性の第２の液体とを有し、該第２の液体への
    電圧の印加により前記第１の液体と前記第２の液体との
    界面形状を変化させ、マスクを通過する光量の調節を行
    うことを特徴とする表示素子。
  2. 【請求項２】前記第２の液体から絶縁された第１の電極
    と、前記第２の液体に導通された第２の電極とを有し、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間の印加電圧を変
    化させることにより、前記第１の液体と前記第２の液体
    との界面形状を変化させることを特徴とする請求項１に
    記載の表示素子。
  3. 【請求項３】前記第１の電極と、前記第１の液体との間
    に絶縁層を有することを特徴とする請求項１に記載の表
    示素子。
  4. 【請求項４】前記絶縁層は、前記第１の電極を介して第
    １の支持体上に形成されていることを特徴とする請求項
    ３に記載の表示素子。
  5. 【請求項５】前記第１の液体と前記第２の液体とを、該
    第２の液体を介して前記第２の支持体に接触しないよう
    にして前記空間内に密閉し、電圧の印加により前記界面
    形状を変化させ、該界面を通過する光の焦点距離を変化
    させて、マスクを通過する光量の調節を行うことを特徴
    とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示素子。
  6. 【請求項６】前記マスクが、光透過部と遮光部を有する
    マスクであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
    １項に記載の表示素子。
  7. 【請求項７】前記マスクが、前記第１の液体と前記第２
    の液体との界面における中心軸と略一致した格子状の光
    透過部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれ
    か１項に記載の表示素子。
  8. 【請求項８】前記マスクが、前記第１の液体と前記第２
    の液体との界面における中心軸と略一致した格子状の光
    遮断部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれ
    か１項に記載の表示素子。
  9. 【請求項９】前記第１の電極手段が、第１の支持体上に
    平行に形成されていることを特徴とする請求項１〜８の
    いずれか１項に記載の表示素子。
  10. 【請求項１０】前記第１の電極手段が、第１の支持体上
    に垂直に形成されていることを特徴とする請求項１〜８
    のいずれか１項に記載の表示素子。
  11. 【請求項１１】前記第１の液体と前記第２の液体である
    電解質溶液は、比重が実質的に等しいことを特徴とする
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の表示素子。
  12. 【請求項１２】前記第１の液体の屈折率と前記第２の液
    体である電解質溶液は、屈折率差が、０．０５以上ある
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載
    の表示素子。
  13. 【請求項１３】前記第１の液体は、その屈折率が前記第
    １と第２の支持体の屈折率より大きいことを特徴とする
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の表示素子。
  14. 【請求項１４】前記第１の液体は、その屈折率が前記第
    ２の液体である電解質溶液の屈折率より大きいことを特
    徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の表示素
    子。
  15. 【請求項１５】前記第２の液体である電解質溶液は、屈
    折率が前記第１と第２の支持体の屈折率と実質的に等し
    いことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記
    載の表示素子。
  16. 【請求項１６】前記絶縁層の屈折率が、前記第１と第２
    の支持体の屈折率と実質的に等しいことを特徴とする請
    求項２〜１５のいずれか１項に記載の表示素子。
  17. 【請求項１７】前記第１の電極が、２つ以上の電極を持
    ちそれぞれ独立に制御する手段を持つことを特徴とする
    請求項２〜１６のいずれか１項に記載の表示素子。
  18. 【請求項１８】光量を調節することができる表示素子と
    表示素子に光を供給する光源とを少なくとも備える表示
    装置において、前記表示素子が請求項１〜１７のいずれ
    か１項に記載の表示素子で構成されていることを特徴と
    する表示装置。
  19. 【請求項１９】前記表示素子と前記光源の間にカラーフ
    ィルタ層を有することを特徴とする請求項１８に記載の
    表示装置。
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