JP6233596B2

JP6233596B2 - 反射型表示素子

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Publication number: JP6233596B2
Application number: JP2014175604A
Authority: JP
Inventors: 正人石野; 篤志表; 石川　貴之; 貴之石川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: US20150070748A1; JP2015087751A; US9529187B2

Description

本願は反射型表示素子に関する。

近年電子ペーパー用の反射型表示素子として、エレクトロウエッティングを用いる反射型表示素子が注目されている。

例えば、非特許文献１は、白色基板と、白色基板上に設けられた透明電極と、透明電極上に設けられた撥水性表面を有する絶縁膜とを底面に有するセル内に、有色の無極性液体（色オイル）および無色透明の極性液体（水）が注入された反射型表示素子を開示している。電圧無印加時には、撥水膜全面に色オイルが広がりオイルの色が表示される。電極と極性液体間に電圧を印加すると、水の撥水膜に対する接触角が小さくなり、見かけ上撥水性膜の表面が親水化する。これにより、水が底面に広がり、色オイルが隅に移動することによって、基板の白色を表示する。このように電圧印加により色の表示を切り替えることができ、モノクロ動作においては高い反射率とコントラストを得ることが可能である。

しかし、カラー表示を行う場合、通常カラーフィルターを用いなければならないため、損失が増加することと、異なるカラーを並列に配置するため各色の反射面積は色の数に反比例して低減するため、多色カラー時の反射率、コントラストはカラー色の増加とともに大きく低下する。さらに、通常、この構成ではパッシブマトリックス駆動に必要な双安定動作は難しい。

特許文献１は、色シフト型のピクセル構造を有し、双安定動作が可能な反射型表示素子を開示している。この反射型表示素子は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黒（Ｋ）の４色の三角形のサブ画素で構成される正３角形の表示面を有し、中央にＫ、その周りに、Ｒ、Ｇ、Ｂが配置されている。各サブ画素には独立した電極が形成され、画素全体は撥水性表面の絶縁膜で覆われている。画素全体には透明で極性のある水と非極性の黒オイルが配置される。電圧無印加時には、画素全体は非極性の黒オイルが広がり、黒色を表示する。Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素に電圧を印加すると白色（実際は灰色）、周辺部の各電極にそれぞれ印加すると印加した領域の画素としてＲ、Ｇ、Ｂが得られる。また、黒以外の２つの電極に電圧を印加すると、シアン（Ｃ）、マジェンダ（Ｍ）、黄（Ｙ）が表示される。

特許文献１は、パッシブマトリックス駆動可能な双安定動作を実現できる反射型表示素子も開示している。この構造は、下面基板と、下面基板上に設けられた電極と、電極上に設けられた誘電体層と、上面基板と、上面基板に設けられた透明電極と透明電極上に設けられた誘電体層とを含む。上面基板と下面基板とは、それぞれの誘電体層が対向するように配置され、２つの基板間に着色オイルおよび別の色に着色された水性層とが位置している。電圧無印加時には、反射型表示素子は、水性層の色を表示する。下面基板の電極と水性層間との間に電圧印加すると、水性層／オイル間の電荷形成により、オイルは小滴となり、駆動電圧が解除されるに従って、表面の誘電体層を濡らす。これにより第２の安定状態が得られる。特許文献１は、上面基板に設けられた電極は側壁に設けてもよいと開示している。

また特許文献２は、高コントラストでカラー表示が可能な反射型表示素子を開示している。この反射型表示素子は、一対の基板によって構成されるセルを備え、セルの上下の面に親水性材料からなる層が設けられている。セル内には、疎水性液体が充填されている。

非特許文献２は、双安定動作が可能な別の構造を有する反射型表示素子を開示している。この反射型表示素子は、画素としての表示位置と液滴の待機位置とに電極を設け、電圧を印加する電極を切り替えることにより、非極性液滴中の極性液滴を移動させる双安定動作を実現している。

特開２０１１−６５１８２号公報国際公開２０１２／０３９４７１号

Ｎａｔｕｒｅ４２５，３８３−３８５（２００３）ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰａｐｅｒ２０１２，ｐｐ１−６

本願の限定的ではないある例示的な一実施形態は、従来よりも高い反射率を有し、カラー表示が可能な反射型表示素子を提供する。

本願に開示された一実施形態に係る反射型表示素子は、表示面と、前記表示面と対向する背面と、前記表示面および前記背面の間に位置する側面と、前記表示面、前記背面および前記側面によって規定される内部空間とを有するセルと、前記背面および前記側面と接しており、前記表示面と前記背面との間隔よりも小さい高さおよび前記背面をＮ個の領域に分割する放射形状を有する仕切りと、前記背面の前記Ｎ個の領域にそれぞれ設けられたＮ個の背面側電極と、前記背面の前記Ｎ個の領域のそれぞれ隣接する前記側面のＮ個の領域のそれぞれにおいて、前記表示面側および前記背面側に配置された、第１および第２の側面電極と、前記表示面に配置され、放射形状の分離帯によって分離された、可視光に対して透明なＮ個の表示面側電極と、前記Ｎ個の背面側電極、前記Ｎ個の表示面側電極および前記側面のＮ個の領域のそれぞれの前記第１および第２の側面電極を覆う誘電体層と、前記仕切りによって区分けされた内部空間のＮ個の部分にそれぞれ配置されたＮ色の極性液体と、前記内部空間に位置する極性流体とを備え、前記表示面側から見て、前記仕切りの前記放射形状の中心と前記分離帯の放射形状の中心とは重なっており、前記仕切りの放射形状の方位は前記分離帯の放射形状の方位と異なっている。

本願に開示された反射型表示素子によれば、同一画素において、高い反射率を有し、カラー表示が可能な反射型表示素子が実現する。

実施の形態１の反射型表示素子の断面構造を示す。（ａ）は実施の形態１の反射型表示素子の背面および側面の展開平面図を示し、（ｂ）は表示面の平面図を示し、（ｃ）は分離帯と仕切りとの位置関係を示す。（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１の反射型表示素子の動作を説明する図である。（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１の反射型表示素子の動作を説明する他の図である。（ａ）は実施の形態２の反射型表示素子の背面および側面の展開平面図を示し、（ｂ）は表示面の平面図を示す。（ａ）は実施の形態３の反射型表示素子の断面構造を示し、（ｂ）および（ｃ）は、撥水膜の構造を示す。（ａ）および（ｂ）は実施の形態４の反射型表示素子の断面構造および表示原理を示す。

本願発明者の詳細な検討によれば、従来のカラー表示が可能な反射型表示素子では、４つのサブ画素への電圧印加箇所を変化させることで、８色のカラーを表示できる。しかし、Ｒ、Ｇ、Ｂを表示する場合、各色の反射面積は最大で２５％しかない。

一方、２種の加法混色によって、Ｃ、Ｍ、Ｙを表示する場合、各色の反射面積は最大で５０％となり、ＲＧＢの加法混色によって白を表示する場合、反射面積は最大で７５％となる。しかし、混色はラテラル配置によるので、これらの色はブロードなスペクトルを有し、灰色がかったくすんだ色となる。このため、輝度も含めた色立体スケールでの色再現範囲は非常に小さい。

また、従来のカラー表示が可能な反射型表示素子では、双安定動作が十分には実現できない場合がある。

本願発明者は、このような従来技術の課題に鑑み、従来よりも高い反射率を有し、カラー表示が可能な反射型表示素子を想到した。本願に開示された一実施形態に係る例示的な反射型表示素子の概要は以下の通りである。

前記表示面に垂直な方向から見て、前記仕切りは前記分離帯に対して１８０°／Ｎだけ回転した方位に位置していてもよい。

前記Ｎは４または８であってもよい。

前記誘電体層の表面であって、前記背面側電極の周囲および前記表示面側電極の周囲に位置する一部の領域は他の領域に比べて高い濡れ性を有していてもよい。

前記表示面側電極の表面は、１μｍ以上２０μｍ以下の大きさの凹凸形状を有していてもよい。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、反射型表示素子の一実施形態の断面を模式的に示している。本実施形態の反射型表示素子１１は、セル１５０を備える。セル１５０は１画素を構成する表示単位である。セル１５０は、表示面１５２と、表示面１５２と対向する背面１５１と、表示面１５２および背面１５１の間に位置する側面１５３と、表示面１５２、背面１５１、及び複数の側面１５３によって規定される内部空間１５５とを有する。

図２（ａ）は、表示面１５２側から背面１５１を見た平面図である。また、背面１５１に隣接する側面１５３を背面１５１と同一平面上に展開して示している。図１は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ’線における断面を示す。図２（ａ）に示すセル１５０は、４つの側面１５３を有し、セル１５０は、直方体形状を有する。セル１５０の内部空間１５５の大きさは、反射型表示素子１１の用途等に応じて設計され得る。セル１５０の内部空間１５５の例は、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ（図１におけるｘ、ｙ、ｚ方向）である。また、複数のセル１５０が隣り合って並べられた場合、複数のセル１５０間に隙間が生じないように、表示面１５２は三角形形状、四角形形状または六角形形状を有していてもよい。表示面１５２の形状に応じて、側面１５３の数は、異なる。本実施形態の反射型表示素子は、１画素でカラー表示を実現し得る。ここでカラー表示とは、白、黒および少なくとも他の１色を表示し得ることをいう。

本実施形態では、表示面側基板１０２、隔壁１０３および背面側基板１０１によってセル１５０が構成されている。表示面１５２からセル１５５に光が入射し、セル１５５で反射した光が表示面１５２から出射するよう、表示面側基板１０２は、可視光に対して透明な材料によって構成されている。たとえば、ガラスや樹脂などによって構成される。隔壁１０３および背面側基板１０１も、たとえば、ガラスや樹脂などによって構成される。

図１および図２（ａ）に示すように、反射型表示素子１１は、仕切り１１１を備える。仕切り１１１は放射形状を有しており、背面１５１および側面１５３と接している。仕切り１１１によって背面１５１は、Ｎ個の領域に分割されている。Ｎは３以上の整数であり、本実施形態では、Ｎは４である。原理的にＮに上限はないが、Ｎが大きくなると、セル１５５中に配置する各色を表示するための極性液体の量が少なくなる。実用上、Ｎは４以上１０程度以下であれば、良好な輝度でカラー表示を行うことができる。

図１および図２（ａ）に示すように、放射形状は、正方形の中心と４つの頂点とをそれぞれ結ぶ線によって構成されている。つまり、中心の周りに９０°の間隔で仕切りが放射状に配置されている。仕切り１１１の高さｈはセルの高さである背面１５１と表示面１５２との間隔Ｈよりも小さい。たとえば、ｈは０．５ｍｍである。これにより内部空間１５５は、背面１５１上において仕切り１１１によって区切られたＮ個の部分１５５ｂと部分１５５ｂの上方に位置し、各Ｎ個の部分１５５ｂと連通した部分１５５ａに分けられる。部分１５５ａは表示面１５２の全面に面している。仕切り１１１の幅はたとえば、０．１ｍｍ程度である。

反射型表示素子１１は、エレクトロウエッティングによって表示色に着色された極性液体１１２ａ〜１１２ｄおよび非極性流体１１３を、上述した内部空間１５５の部分１５５ｂと部分１５５ａとの間で移動させるために、背面側電極、表示面側電極および第１、第２の側面電極を備える。

背面１５１のＮ個の領域には、Ｎ個の背面側電極、具体的には、背面側電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄが設けられている。本実施形態では、背面側電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄは三角形状を有する。以下、４つの背面側電極を示す場合には、背面側電極１０４ａ〜１０４ｄと記す。

背面１５１のＮ個の領域にそれぞれ隣接した側面１５３には第１電極および第２電極が配置されている。具体的には、背面側電極１０４ａが設けられた領域に隣接した側面１５３において、背面１５１側に第１の側面電極１０６ａが、また、表示面１５２側に第２の側面電極１０７ａが設けられている。同様に、背面側電極１０４ｂが設けられた領域に隣接した側面１５３の一部の領域において、背面１５１側に第１の側面電極１０６ｂが、また、表示面１５２側に第２の側面電極１０７ｂが設けられている。背面側電極１０４ｃが設けられた領域に隣接した側面１５３の一部の領域において、背面１５１側に第１の側面電極１０６ｃが、また、表示面１５２側に第２の側面電極１０７ｃが設けられている。背面側電極１０４ｄが設けられた領域に隣接した側面１５３の一部の領域において、背面１５１側に第１の側面電極１０６ｄが、また、表示面１５２側に第２の側面電極１０７ｄが設けられている。

Ｎ個の表示面側電極は表示面１５２に配置される。具体的には、図２（ｂ）に示すように、表示面１５２が放射形状の分離帯１１０によって分離されており、分離された各領域に表示面側電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄが配置されている。分かりやすさのため、図２（ｂ）は、反射型表示素子１１の上からみた、表示面１５２における表示面側電極を示している。分離帯１１０の放射形状は正方形状の表示面１５２を４つの小さい正方形に分割する。表示面側電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ（以下、表示面側電極１０９ａ〜１０９ｄ）は可視光に対して透明である。分離帯１１０の幅はたとえば、０．１ｍｍ程度である。

図２（ｃ）は、表示面１５２に設けられた分離帯１１０の放射形状および背面に位置する仕切り１１１の放射形状の表示面１５２から見た位置関係を示している。図２（ｃ）に示すように、分離帯１１０の放射形状の中心および背面に位置する仕切り１１１の放射形状の中心は、互いにほぼ一致しているが、仕切り１１１の放射形状のそれぞれの方位は、分離帯１１０の放射形状の方位と異なっている。より具体的には、仕切り１１１は、表示面１５２に対して垂直に見た場合、分離帯１１０の放射形状に対して１８０°／Ｎだけ回転した方位に位置している。本実施形態では、Ｎは４であり、仕切り１１１の放射形状は分離帯１１０の放射形状に対して４５°回転した方位に位置している。仕切り１１１の放射形状の方位と分離帯１１０の放射形状の方位との差は、厳密に１８０°／Ｎでなくてもよく、例えば、（１８０°／Ｎ）±５°程度の範囲にあればよい。これにより、表示面側から表示面側電極とおよび背面側電極を見た場合、各背面側電極は２つの表示面側電極と重なる。よって、背面１５１側から側面１５３を介して表示面１５２側に極性液体を移動させた場合、表示面１５２において、極性液体は最初に２つの表示面側電極と接触することができ、表示面１５２全体へ極性液体を広げる手順を少なくすることができる。図２（ｃ）に示されるように、仕切り１１１は、中心１１１ａおよび複数の仕切り板１１１ｂ〜１１１ｅを含む。平面視において、各仕切り板１１１ｂ〜１１１ｅは、中心１１１ａからセル１１０の外側に向けて伸び出している。各仕切り板１１１ｂ〜１１１ｅは、表示面側基板１０１または背面側基板１０２に平行な法線を有している。言い換えれば、各仕切り板１１１ｂ〜１１１ｅは、表示面側基板１０１または背面側基板１０２に直交する。

表示面側電極１０９ａ〜１０９ｄは、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電性材料によって構成される。背面側電極１０４ａ〜１０４ｄ、第１の側面電極１０６ａ〜１０６ｄ、第２の側面電極１０７ａ〜１０７ｄは電子伝導性を有していればよく、たとえば、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、などの金属材料、ＩＴＯなどの導電性酸化物を用い構成される。背面側電極１０４ａ〜１０４ｄ、第１の側面電極１０６ａ〜１０６ｄ、第２の側面電極１０７ａ〜１０７ｄが、反射型表示素子１１の色表示に与える影響は小さいため、これらの電極の機械的強度や導電性など物性を考慮し、種々の材料から選択することが可能である。

反射型表示素子１１は、背面側電極、表示面側電極および第１、第２の側面電極を覆う誘電体層１０８をさらに備えている。本実施形態では、誘電体層１０８は仕切り１１１の表面も被覆している。誘電体層１０８の表面は撥水性を有している。誘電体層１０８には、表示色に着色された極性液体に対して濡れ性が小さく、非極性流体に対して高い濡れ性を示す材料を用いる。化学構造にフッ素を有する化合物は、炭素−フッ素の強い共有結合により材料としての極性は小さく極性溶媒に対して濡れ性は小さい。また同時に高い化学安定性も有しており、誘電体層１０８として、好適に用いることができる。

各電極に電圧を印加することにより、電極と、極性液体１１２ａ〜１１２ｄとの間に形成されるキャパシタの静電エネルギー分だけ極性液体１１２ａ〜１１２ｄと接触する固体間の界面エネルギーが減少し、極性液体１１２ａ〜１１２ｄの誘電体層１０８との接触角が減少する。これをエレクトロウエッティングという。これにより、見かけ上、誘電体層１０８の表面の濡れ性が変化し、電圧を印加した部分のみの極性液体１１２ａ〜１１２ｄに対する濡れ性が高くなる。

上述した点から、エレクトロウエッティングによる極性液体１１２ａ〜１１２ｄの移動は誘電体層１０８の静電容量が大きいほど有利である。このため、誘電体層１０８を比誘電率の高い材料によって構成する、膜厚を小さくするなど、静電容量が大きくなるように誘電体層１０８の材料や厚さを選択、設計してよい。一般にフッ素系の化合物は基板との密着性が弱いため、これを改善するため誘電体層１０８を積層体によって構成してもよい。たとえば、基板や電極との密着性を改善しかつ、誘電体膜全体の比誘電率を高くするために、基板との界面に各種の無機化合物からなる層を形成しその上に、フッ素含有の樹脂層を形成してもよい。本実施形態では、二酸化ケイ素によって構成される誘電体層１０８上にテフロン（登録商標）ＡＦからなる撥水膜１１４を設けている。

セル１５０の内部空間１５５には、極性液体１１２ａ〜１１２ｄおよび非極性流体１１３が配置される。極性液体１１２ａ〜１１２ｄおよび非極性流体１１３は、互いに混和しない材料を選択する。

極性液体１１２ａ〜１１２ｄは、仕切り１１１で区切られ、背面側電極１０４ａ〜１０４ｄが位置する内部空間の４つの部分内にそれぞれ配置される。極性液体１１２ａ〜１１２ｄは４つの異なる色で着色されている。たとえば、極性液体１１２ａ〜１１２ｄは、それぞれ、黒（Ｋ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）色を示す。極性液体１１２ａ〜１１２ｄのそれぞれの量は、内部空間１５５の仕切り１１１で区切られ部分の容積以下であり、かつ、表示面１５２の全体を覆うことが可能な範囲で選択される。

極性液体１１２ａ〜１１２ｄとしては、水、アミド、グリコール、多価アルコール、アミノアルコール、グリセリンなど高い極性を有する液体を用いることができる。また、イオン液体と呼ばれる有機性の常温溶融塩は極性溶媒であり、かつ蒸気圧が小さく蒸発しにくいため、極性液体１１２ａ〜１１２ｄとして用いることができる。上述した色を表示するため、極性液体１１２ａ〜１１２ｄは、表示すべき色に対応する染料や顔料を含み、これらが溶解されている。染料や顔料は１種に限られず２種以上極性液体１１２ａ〜１１２ｄに溶解されていてもよい。

非極性流体１１３は、例えば、液体である。液体としては、四塩化炭素や炭化水素系の油を用いることができる。シリコーンオイルは、化学構造上、極性が小さく、また、多くの液体に対して溶解度パラメータが小さいという特徴を有するこのため、種々の極性液体１１２ａ〜１１２ｄと組み合わせて本実施形態に用いることが可能である。非極性流体１１３はここでは白色に着色されている。

反射型表示素子１１は、液晶表示装置等の製造技術や半導体デバイスの製造技術を用いて製造することができる。

たとえば、背面側基板１０１上に、まず、スクリーン印刷法等によって隔壁１０３および仕切り１１１を形成する。サンドブラスト法などによって、背面側基板１０１をエッチングし、隔壁１０３、仕切り１１１および内部空間１５５を形成してもよい。次に、半導体製造技術を用いて、背面側基板１０１及び隔壁１０３上に背面側電極１０４ａ〜１０４ｄおよび第１および第２の側面電極１０６ａ〜１０６ｄ、１０７ａ〜１０７ｄを形成する。その後、これらの電極を覆うように、誘電体層１０８および撥水膜１１４を形成する。

また、表示面側基板１０２上に表示面側電極１０９ａ〜１０９ｄを形成する。表示面側電極１０９ａ〜１０９ｄを覆うように、薄膜形成技術や塗布等によって誘電体層１０８および撥水膜１１４を形成する。

その後、内部空間１５５に極性液体１１２ａ〜１１２ｄおよび非極性流体１１３を充填し、表示面側基板１０２と隔壁１０３とを接合することにより反射型表示素子１１が完成する。なお、図１には、それぞれの電極に電圧を印加するための配線は示していないが、上述した各電極を形成する際などに、配線も形成することができる。

次に図１から図４を参照しながら、反射型表示素子１１の動作を説明する。また、表１に電圧を印加する電極と、対応する極性液体の状態を示す図を示す。以下では、背面側電極１０４ａ上に位置する極性液体１１２ａ（黒）を移動させ、黒表示を行う例を説明する。他の色も同様に、電極に電圧を印加することによって表示することができる。

いずれの電極にも電圧を印加しない場合、図１に示すように、非極性流体１１３が表示面１５２側に位置し、極性液体１１２ａ〜１１２ｄは、背面１５１側に位置する。このため、外部から表示面１５２へ入射した光は、非極性流体１１３内で乱反射し、表示面１５２から出射する。これにより、反射型表示素子１１は白を表示する。

図３（ａ）に示すように、例えば、第１の側面電極１０６ａにプラスの電圧Ｖを印加し、背面側電極１０４ａに基準電圧を印加すると、極性液体１１２ａ内において、背面側電極１０４ａに発生する正電荷に対向する位置に負電荷が、第１の側面電極１０６ａに発生する負電荷に対向する位置に正電荷が誘起される。このため、２つのキャパシタによる静電エネルギーが最小となり安定化するように、極性液体１１２ａは、背面側電極１０４ａと第１の側面電極１０４ｂとにまたがって対称に配置される。

次に図３（ｂ）に示すように第２の側面電極１０７ａに電圧Ｖを印加し、第１の側面電極１０６ａに基準電圧を印加する。これにより、電極の電圧変化に対応してインク内の電荷も再分布し、エネルギー的な安定位置として、極性液体１１２ａは第１の側面電極１０６ａと第２の側面電極１０７ａとをまたぐ位置に移動する。

さらに図４（ａ）に示すように、表示面側電極１０９ａ、１０９ｃに電圧Ｖを印加し、第２の側面電極１０７ａに基準電圧を印加すると、極性液体１１２ａは、表示面１５２側へ移動し、極性液体１１２ａは表示面側電極１０９ａ、１０９ｃと第２の側面電極１０７ａとをまたぐ位置に移動する。

さらに図４（ｂ）示すように、表示面側電極１０９ｂ、１０９ｄに電圧Ｖを印加し、表示面側電極１０９ａ、１０９ｃに基準電圧を印加すると、極性液体１１２ａは、表示面１５２側へ移動し、極性液体１１２ａは表示面側電極１０９ａ、１０９ｄと第２の側面電極１０７ａとをまたぐ位置に移動する。これにより、極性液体１１２ａは表示面１５２側へ移動し、反射型表示素子１１は黒を表示することができる。

黒表示から白表示へ戻す場合、上述した手順と逆の手順で各電極に電圧を印加することによって、極性液体１１２ａを背面側電極１０４ａの位置する部分へ戻すことができる。特に極性液体の体積が数μリットル以下になると重力の影響が小さくなり、電荷によるクーロン力の変化が支配的になる。このため、側面１５３上や表示面１５２上も通常の平面上と同様な動きを実現することが可能となる。

上述したように、他の極性液体１１２ｂ〜１１２ｄも同様の手順によって、対応する電極に電圧を印加すれば、表示面１５２側へ移動させることができる。

このように、本実施形態によれば、着色された複数の極性液体のそれぞれを、表示面の全面に配置することができる。このため、例えば、赤、青、緑、黒の極性液体を用意する場合、赤、青、緑、黒および白を１００％に近い反射率で表示させることができる。

また、表示面側に極性液体が位置し、極性液体の色を表示している状態、および、非極性流体が表示面側位置し、白表示を行っている状態は、双安定状態であり、電圧の印加を中断しても、電極と極性液体との間の電荷対による容量は保持される。このため、それぞれの状態における色表示を維持し続けることが可能である。

また、本実施形態によれば、仕切り１１１の放射形状は分離帯１１０の放射形状に対して１８０°／Ｎだけ回転した方位に位置している。このため、背面から側面を介して表示面側に極性液体を移動させた場合、表示面において、最初に２つの表示面側電極と接触させることができる。これにより、より短い手順で安定的に色表示を行うことできる。これに対し、表示面側電極が背面側電極１０４ａ〜１０４ｂと同じパターンを有している場合、上述の手順では確実に極性液体を移動させることは困難なになる可能性がある。たとえば、表示面側電極が背面側電極１０４ａ〜１０４ｂと同じパターンを有しており、表示面側電極を表示面側電極１０４ａ’〜１０４ｄ’とする場合、上述した手順中の図４（ａ）に対応する状態において、表示面側電極として電圧を印加するのは、表示面側電極１０４ａ’だけになる。電極への電圧印加によって誘起される極性液体中の電荷は、極性液体の位置を制御するため、表示面側電極１０４ａ’と第２の側面電極１０７ａとの間で対称に位置している極性液体を次に印加する電圧だけで、表示面１５２の全面に確実に広げるのは困難になる。また、確実に極性液体を移動させるためには、次に、表示面側電極１０４ａ’と表示面側電極１０４ｄ’（または１０４ｃ’）との間で電圧を印加し、最後に、表示面側電極１０４ａ’、１０４ｄ’と表示面側電極１０４ｃ’、１０４ｂ’との間で電圧を印加する必要がある。つまり、電圧を印加する手順が増える。

（実施の形態２）
本実施形態の反射型表示素子は、仕切りによって区切られる内部空間の数Ｎが８である点で、第１の実施形態の反射型表示素子と異なる。

本実施形態の反射型表示素子の断面の構造は図１と同じであるため、構造の異なる部分を主として説明する。

図５（ａ）は、反射型表示素子１２の表示面１５２側から背面１５１を見た平面図である。また、背面１５１に隣接する側面１５３を背面１５１と同一平面上に展開して示している。図５（ａ）におけるＡ−Ａ’線における断面が図１に対応する。仕切り１１１’は、放射形状を有し、背面１５１を８つの領域に分割している。各領域には、背面側電極１０４ａ〜１０４ｈが配置されている。

本実施形態では、非極性流体１１３は、白色でなくてよく、透明であってもよい。また、非極性流体１１３は、気体であってもよい。

背面側電極１０４ａ〜１０４ｈ上には、極性液体１１２ａ〜１１２ｈが配置される。極性液体１１２ａ〜１１２ｈは異なる色で着色されている。たとえば、極性液体１１２ａは黒（Ｋ）、極性液体１１２ｂは緑（Ｇ）、極性液体１１２ｃは赤（Ｒ）、極性液体１１２ｄは青（Ｂ）で着色されている。また、極性液体１１２ｅはシアン（Ｃ）、極性液体１１２ｆはマジェンダ（Ｍ）、極性液体１１２ｇは黄色（Ｙ）、極性液体１２１ｈは白（Ｗ）で着色されている。

図５（ｂ）は、表示面１５２に配置される表示面側電極１０９ａ〜１０９ｈを示している。表示面１５２は放射形状の分離帯１１０’によって分離されており、分離された各領域に表示面側電極１０９ａ〜１０９ｈが配置されている。

実施の形態１と同様、図５（ｃ）に示すように、分離帯１１０’の放射形状の中心および背面に位置する仕切り１１１’の放射形状の中心は、互いにほぼ一致しているが、仕切り１１１’の放射形状のそれぞれの方位は、分離帯１１０の放射形状の方位と異なっている。より具体的には、仕切り１１１’の放射形状は分離帯１１０’の放射形状に対して１８０°／Ｎ＝２２．５°だけ回転した方位に位置している。

図５（ａ）に示すように、左側の側面１５３には、第１の側面電極１０６ａ、１０６ｆ、１０６ｈ、第２の側面電極１０７ａ、１０７ｆ、１０７ｈが配置される。右側の側面１５３には、第１の側面電極１０６ｂ、１０６ｅ、１０６ｇ、第２の側面電極１０７ｂ、１０７ｅ、１０７ｇが配置される。また、上側の側面１５３には、第１の側面電極１０６ｄ、１０６ｆ、１０６ｅ、第２の側面電極１０７ｄ、１０７ｆ、１０７ｅが配置される。下側の側面１５３には、第１の側面電極１０６ｃ、１０６ｈ、１０６ｇ、第２の側面電極１０７ｃ、１０７ｈ、１０７ｇが配置される。互いに隣接する側面１５３の境界側に位置する第１の側面電極および第２の側面電極１０７には同じ参照符号が付された側面電極が配置される。たとえば、左側の側面１５３の第１の側面電極１０６ｆに隣接して上側の側面１５３の第１の側面電極１０６ｆが配置される。これら側面１５３の境界を挟んで配置される２つの側面電極には電気的に分離していてもよいし、互いに電気的に接続されていてもよい。また、一体的に形成されていてもよい。極性液体を移動させるときには、側面１５３の境界を挟んで配置される２つの側面電極は同じ電圧が印加される。

反射型表示素子１２も実施の形態１の反射型表示素子１１と同様に動作する。電圧を電極に印加しない状態では、すべての極性液体１１２ａ〜１１２ｈは背面側に位置しており、インク上に充填された非極性流体１１３の色が表示される。また非極性流体１１３が透明である場合、８色（ＲＧＢＣＭＹＷＫ）の混色としての灰色が表示される。

次に、図３、図４、図５を参照しながら、実施の形態１と同様、黒色の極性液体１１２ａの移動を例にとり、反射型表示素子１２の動作を説明する。表２に電圧を印加する電極と、対応する極性液体の状態を示す図を示す。

図３（ａ）に示すように、例えば、第１の側面電極１０６ａにプラスの電圧Ｖを印加し、背面側電極１０４ａに基準電圧を印加すると、極性液体１１２ａは、背面側電極１０４ａと第１の側面電極１０６ａとにまたがって対称に配置される。

さらに図４（ａ）の場合と同様、表示面側電極１０９ａ、１０９ｈに電圧Ｖを印加し、第２の側面電極１０７ａに基準電圧を印加すると、極性液体１１２ａは、表示面１５２側へ移動し、極性液体１１２ａは表示面側電極１０９ａ、１０９ｈと第２の側面電極１０７ａとをまたぐ位置に移動する。

さらに図４（ｂ）示すように、表示面側電極１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｂ、１０９ｇに電圧Ｖを印加し、表示面側電極１０９ｆ、１０９ａ、１０９ｈ、１０９ｃに基準電圧を印加すると、極性液体１１２ａは、表示面１５２側へ移動し、極性液体１１２ａは表示面側電極１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｂ、１０９ｇと表示面側電極１０９ｆ、１０９ａ、１０９ｈ、１０９ｃとをまたぐ位置に移動する。これにより、極性液体１１２ａは表示面１５２側へ移動し、反射型表示素子１２は黒を表示することができる。

黒表示から白表示へ戻す場合、上述した手順と逆の手順で各電極に電圧を印加することによって、極性液体１１２ａを背面側電極１０４ａの位置する部分へ戻すことができる。また緑色の極性液体１１２ｂや赤色の極性液体１１２ｃ、青色の極性液体１１２ｄも同様の手順によって表示面１５２側へ移動させることができ、表示面１５２の全面を緑、青、赤色表示にすることができる。

上述したように、背面側電極１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈに位置する極性液体１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈを移動させる場合には、同じ参照符号を付した２つの第１の側面電極または第２の側面電極に同じ電圧を印加する。

例えばマジェンダ色の極性液体１１２ｆを移動させる場合、表３に示すように電圧を順に印加することによって、極性液体１１２ｆを表示面１５２側へ移動させることができ、表示面１５２の全面をマジェンダで色表示することができる。

本実施形態の反射型表示素子によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｗ、Ｋの８色あるいは、更にグレイの色表示が可能であり、また、各色を１００％に近い反射率で表示させることができる。よって、色再現性を表す色立体の体積を大きく設定でき、高い色再現性を実現することができる。また、極性液体の色の数を減らした場合でも、十分な高い反射率を得ることができる。

（実施の形態３）
図６（ａ）は本実施形態の反射型表示素子１３の断面構造を示している。反射型表示素子１３は、誘電体層の表面であって、表示面側電極の周囲の領域１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、背面側電極の周囲の領域１１５ａ、１１５ｅの一部において、他の領域に比べて高い濡れ性または親水性を有している。これにより長期間電圧が印加されないことにより電極と極性液体との間において、電荷による静電引力が消失ししても、親水性の領域と極性液体との親和力によって、背面側に極性液体が位置する状態、あるいは、表示面側に極性液体が位置する状態を維持することができる。

親水性の領域は、例えば、図６（ｂ）に示すように、親水性を有する誘電体層の表面に設けられた撥水膜１１６ａの表面の一部分に非形成領域１１６ｂを設けてもよい。また、図６（ｃ）に示すように、ストライプ状の撥水膜１１７ａを誘電体層の表面１１７ｂに設けてもよい。いずれの場合も撥水性の領域に対する親水性の領域の面積比が大きいと表示の長期安定性は増大する。しかし、極性液体を移動させるために印加すべき電圧が増加する。

反射型表示素子によって構成される表示装置に静止画を表示させる場合、静止画を表示している時間が長いため、多少の駆動電圧が増大しても、表示装置の動作時の消費電力はあまり増大しない。また、親水域と撥水域の面積比を適切に決定することにより、静止画表示の長期安定性と、動画表示における電圧の低減を図ることも可能である。

（実施の形態４）
図７（ａ）は本実施形態の反射型表示素子１４の断面構造を示している。反射型表示素子１４は、表示面側電極上に白濁体１１８が形成されている点で実施の形態１の反射型表示素子１１と異なる。白濁体１１８は、１μｍ〜２０μｍ程度のサイズを有するランダムな凸凹形状を有している。このサイズの凹凸は、入射光をミー散乱によって散乱させる。白濁体１１８は例えばガラスをインプリントする、ドット状のインクを滴下して固化させるなどによって形成することができる。白濁体１１８を表示面側電極と一体的に形成する場合には、ＺｎＯなどのワイドギャップ半導体をゾルゲル法や電気析出法等によっても形成することができる。

白濁体１１８上には撥水膜１１９が形成されており、撥水膜は空気１２０に接触している。本実施形態では、非極性流体１１３として気体を用いる。表示面１５２に入射した白色光は白濁体１１８によるミー散乱によって、全反射し、５０％以上の高い反射率で反射する。図７（ｂ）は、黒色の極性液体１１２ａを第１の実施形態で説明した手順で移動させ、表面側に配置した状態を示している。白濁体１１８に極性液体１１２ａが接触することにより、白濁体１１８の表面において、入射した光は全反射せず、極性液体１１２ａへ透過する。さらに、極性液体１１２ａで入射光が吸収される。これにより、反射型表示素子１４は、黒を表示する。この効果は、極性液体１１２ａの屈折率と白濁体の屈折率の差が小さいほうが大きい。例えば白濁体がガラスであり、極性液体１１２ａが水系であればＷ／Ｋのコントラストとしては１０：１程度を得ることができる。また白濁体がワイドギャップの半導体（屈折率＞２）で形成される場合は空気接触時に７０％以上の反射輝度が得られ、これに近い高屈折率の極性液体１１２ａを用いることにより、高反射率かつ高コントラストの反射型表示素子を実現することができる。

また本実施形態によれば、非極性流体としてオイルを用いずに、カラー表示を行うことが可能である。よって、オイルを介して染料や顔料等の色素が相互に移動することがなく、長期的な退色を抑制することができる。よって、より簡単な構成で信頼性の高い反射型表示素子を実現できる。

なお、上記実施の形態１から４において、セルの形状は表示面側から見て四角形であるが、他の形状であってもよい。また、表示面側電極と背面側電極のパターンは逆であってもよい。

本願に開示された反射型表示素子は、種々の表示装置に好適に用いることができる。たとえば、電子マガジンや電子書籍等のカラー電子ペーパー等として有用である。また電子看板や電子壁画等の大型のサイネージ用途にも応用できる。

１１、１２、１３、１４、反射型表示素子
１０１背面側基板
１０２表示面側基板
１０３隔壁
１０４ａ−１０４ｈ背面側電極
１０６ａ−１０６ｈ第１の側面電極
１０７ａ−１０７ｈ第２の側面電極
１０８誘電体層
１０９ａ−１０９ｈ表示面側電極
１１０分離帯
１１１仕切り
１１２ａ−１１２ｈ極性液体
１１４撥水膜
１１５ａ−１１５領域
１１６ａ撥水膜
１１６ｂ非形成領域
１１７ａ撥水膜
１１７ｂ表面
１１８：白濁体
１５０セル
１５１背面
１５２表示面
１５３側面
１５５内部空間
１５５ａ部分
１５５ｂ部分

Claims

表示面と、前記表示面と対向する背面と、前記表示面および前記背面の間に位置する側面と、前記表示面、前記背面および前記側面によって規定される内部空間とを有するセルと、
前記背面および前記側面と接しており、前記表示面と前記背面との間隔よりも小さい高さおよび前記背面をＮ個の領域に分割する放射形状を有する仕切りと、
前記背面の前記Ｎ個の領域にそれぞれ設けられたＮ個の背面側電極と、
前記背面の前記Ｎ個の領域のそれぞれ隣接する前記側面のＮ個の領域のそれぞれにおいて、前記表示面側および前記背面側に配置された、第１および第２の側面電極と、
前記表示面に配置され、放射形状の分離帯によって分離された、可視光に対して透明なＮ個の表示面側電極と、
前記Ｎ個の背面側電極、前記Ｎ個の表示面側電極および前記側面のＮ個の領域のそれぞれの前記第１および第２の側面電極を覆う誘電体層と、
前記仕切りによって区分けされた内部空間のＮ個の部分にそれぞれ配置されたＮ色の極性液体と、
前記内部空間に位置する極性流体と
を備え、
前記表示面側から見て、前記仕切りの前記放射形状の中心と前記分離帯の放射形状の中心とは重なっており、前記仕切りの放射形状の方位は前記分離帯の放射形状の方位と異なっており、
前記表示面に垂直な方向から見て、前記仕切りは前記分離帯に対して１８０°／Ｎだけ回転した方位に位置している、反射型表示素子。
前記Ｎは４または８である請求項１に記載の反射型表示素子。
前記誘電体層の表面であって、前記背面側電極の周囲および前記表示面側電極の周囲に位置する一部の領域は他の領域に比べて高い濡れ性を有する請求項１または２に記載の反射型表示素子。
前記表示面側電極の表面は、１μｍ以上２０μｍ以下の大きさの凹凸形状を有する請求項１から３のいずれかに記載の反射型表示素子。