表示素子、及びこれを用いた電気機器
【課題】中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた電気機器を提供する。
【解決手段】上部基板（第１の基板）２ａ、２ｂと、下部基板（第２の基板）３ａ、３ｂと、上部基板２ａ、２ｂ及び下部基板３ａ、３ｂの間に形成された表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部で有効表示領域または非有効表示領域に移動可能に封入された導電性液体１６ａ、１６ｂを有する表示ユニット１０ａ、１０ｂを備えた表示素子１０において、有効表示領域が互いに対向するように、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂを積層し、各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される光の波長域が互いに異なるように構成する。
【解決手段】上部基板（第１の基板）２ａ、２ｂと、下部基板（第２の基板）３ａ、３ｂと、上部基板２ａ、２ｂ及び下部基板３ａ、３ｂの間に形成された表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部で有効表示領域または非有効表示領域に移動可能に封入された導電性液体１６ａ、１６ｂを有する表示ユニット１０ａ、１０ｂを備えた表示素子１０において、有効表示領域が互いに対向するように、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂを積層し、各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される光の波長域が互いに異なるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性液体を移動させることにより、画像や文字などの情報を表示する表示素子、及びこれを用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示素子では、エレクトロウェッティング方式の表示素子に代表されるように、外部電界による導電性液体の移動現象を利用して、情報の表示を行うものが開発され、実用化されている。
【０００３】
具体的にいえば、上記のような従来の表示素子では、例えば下記特許文献１に記載されているように、第１及び第２の電極と、第１及び第２の基板と、これら基板間に形成された表示用空間の内部に封入されるとともに、所定の色に着色された導電性液体としての着色液滴とが設けられている。そして、この従来の表示素子では、着色液滴に対し第１及び第２の電極を介在させて電界印加を行うことにより、着色液滴の形状を変化させて表示面側の表示色を変更するようになっていた。
【０００４】
また、この従来の表示素子では、第１の基板上に、着色液滴に対して電気的に絶縁された状態で、第１及び第２の電極を並設するとともに、これらの第１及び第２の電極と対向するように、第２の基板側に第３の電極を設ける。さらに、第１の電極の上方に遮光用のシェードを設置することにより、第１電極側及び第２の電極側をそれぞれ非有効表示領域側及び有効表示領域側に設定して、第１及び第３の電極間または第２及び第３の電極間に電位差が生じるように電圧印加を行うことが提案されている。そして、この従来の表示素子では、着色液滴の形状を変化させる場合に比べ、着色液滴を第１の電極側または第２の電極側に高速に移動させて、表示面側の表示色も高速に変更可能とされていた。
【特許文献１】特開２００４−２５２４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような従来の表示素子では、第１及び第３の電極間または第２及び第３の電極間に生じる電位差が種々変更されるように、これらの電極に電圧印加を行うことにより、着色液滴（導電性液体）の広がりの大きさを制御して、中間調の明るさを制御可能とされていた。
【０００６】
ところが、上記のような従来の表示素子では、中間調の表示を精度よく行うことができないという問題点があった。具体的にいえば、従来の表示素子では、上記第１〜第３の電極への印加電圧の大きさの変更量に比べて、着色液滴の広がりの大きさの変化量の割合が小さかった。このため、従来の表示素子では、第１〜第３の電極への印加電圧の大きさを変更した場合でも、着色液滴の広がりの大きさを変えることができないことがあり、表示面側での輝度あるいは表示色を多段階に調整することが困難であった。この結果、従来の表示素子では、中間調の表示を精度よく行うことができないことがあった。
【０００７】
上記の課題を鑑み、本発明は、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた電気機器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】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる表示素子は、表示面側に設けられた第１の基板と、所定の表示用空間が前記第１の基板との間に形成されるように、当該第１の基板の非表示面側に設けられた第２の基板と、前記表示用空間に対し、設定された有効表示領域及び非有効表示領域と、前記表示用空間の内部で前記有効表示領域側または前記非有効表示領域側に移動可能に封入された導電性液体とを有する表示ユニットを備えた表示素子であって、
Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の前記表示ユニットが、前記有効表示領域が互いに対向するように、積層され、
前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように構成された表示素子では、上記Ｎ個の表示ユニットが、有効表示領域が互いに対向するように積層されている。また、Ｎ個の各表示ユニットでは、導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されている。これにより、上記従来例と異なり、上記表示面側での輝度あるいは表示色を多段階に調整することを容易に行うことができる。従って、上記従来例と異なり、中間調の表示を精度よく行うことができる。
【００１０】
また、上記表示素子において、前記表示ユニットには、複数の第１の電極が、前記第１及び第２の基板の一方側で所定の配列方向に沿って設けられ、
複数の第２の電極及び複数の第３の電極が、互いに交互に、かつ、前記複数の第１の電極と交差するように、前記第１及び第２の基板の他方側で前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の一方側及び他方側にそれぞれ設けられ、
前記複数の第１の電極は、それぞれ複数の信号電極として用いられ、
前記複数の第２の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の一方の電極として用いられ、かつ、
前記複数の第３の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の他方の電極として用いられ、
前記表示ユニットは、前記複数の基準電極に接続されるとともに、前記複数の各基準電極に対して、所定の基準電圧を印加する基準電圧印加部と、
前記複数の信号電極に接続されるとともに、前記複数の各信号電極に対して、前記表示面側に表示される情報に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
前記複数の走査電極に接続されるとともに、前記基準電圧印加部が前記複数の各基準電極に対して、前記基準電圧を印加しているときに、前記複数の各走査電極に対して、前記導電性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧と、前記導電性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を印加する走査電圧印加部とを備えていることが好ましい。
【００１１】
この場合、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子を構成することができる。
【００１２】
また、上記表示素子において、複数の画素が、前記Ｎ個の表示ユニット単位に設けられ、
前記複数の画素の各画素領域は、前記信号電極と前記走査電極との交差部単位に設けられ、かつ、前記各画素領域では、前記表示用空間が仕切壁にて区切られてもよい。
【００１３】
この場合、表示面側の複数の各画素において導電性液体を移動させることにより、表示面側での表示色を画素単位に変更することができる。
【００１４】
また、上記表示素子において、前記複数の画素が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられてもよい。
【００１５】
この場合、カラー画像表示を行える表示素子を構成することができる。
【００１６】
また、上記表示素子では、前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１つの前記基準電圧印加部及び１つの前記走査電圧印加部が共用されていることが好ましい。
【００１７】
この場合、Ｎ個の表示ユニットにおいて、導電性液体を容易に同期して移動させることが可能となり、基準電圧印加部及び走査電圧印加部での各電圧印加処理を容易なものとしつつ、モアレ現象の発生を確実に防ぐことができる。
【００１８】
また、上記表示素子において、前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体に用いられる着色剤を変更することにより、前記導電性液体によって遮蔽される光の波長域を相異させてもよい。
【００１９】
この場合、各表示ユニットでは導電性液体による光の遮蔽域を確実に相異させることができる。
【００２０】
また、上記表示素子において、前記表示ユニットには、前記有効表示領域側に所定色のカラーフィルタ部が設けられていることが好ましい。
【００２１】
この場合、中間調の再現（表示）範囲をより容易に広げることができる。
【００２２】
また、上記表示素子では、前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１個の前記表示ユニットの前記導電性液体が黒色に着色されてもよい。
【００２３】
この場合、上記１個の表示ユニットをシャッターとして機能させることが可能となり、黒色表示を適切に行うことができる。
【００２４】
また、本発明の電気機器は、文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部を備えた電気機器であって、
前記表示部に、上記いずれかの表示素子を用いたことを特徴とするものである。
【００２５】
上記のように構成された電気機器では、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子が表示部に用いられているので、優れた表示品位を有する表示部を備えた高性能な電気機器を容易に構成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた電気機器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の表示素子及び電気機器の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、カラー画像表示を表示可能な表示部を備えた画像表示装置に本発明を適用した場合を例示して説明する。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図１において、本実施形態の画像表示装置１では、本発明の表示素子１０を用いた表示部が設けられており、この表示部には矩形状の表示面が構成されている。また、表示素子１０では、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂがこの順番で同図１の紙面に垂直な方向に積層されており、１つの画素が積層された表示ユニット１０ａ、１０ｂ単位で設けられるようになっている。また、各表示ユニット１０ａ、１０ｂは、図１の紙面に垂直な方向で互いに重ね合うように配置された上部基板２ａ、２ｂ及び下部基板３ａ、３ｂを備えており、これらの上部基板２ａ、２ｂと下部基板３ａ、３ｂとの各重なり部分によって上記表示面の有効表示領域が形成されている（詳細は後述。）。尚、これらの各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、後述の遮光層、カラーフィルタ層及び導電性液体の構成のみが異なる。
【００２９】
また、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、複数の信号電極４ａ、４ｂが互いに所定の間隔をおいて、かつ、Ｘ方向に沿ってストライプ状に設けられている。また、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、複数の基準電極５ａ、５ｂ及び複数の走査電極６ａ、６ｂが、互いに交互に、かつ、Ｙ方向に沿ってストライプ状に設けられている。これら複数の信号電極４ａ、４ｂと、複数の基準電極５ａ、５ｂ及び複数の走査電極６ａ、６ｂとは、互いに交差するように設けられており、各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、信号電極４ａ、４ｂと走査電極６ａ、６ｂとの交差部単位に、複数の各画素領域が設定されている。
【００３０】
また、これら複数の信号電極４ａ、４ｂ、複数の基準電極５ａ、５ｂ、及び複数の走査電極６ａ、６ｂは、互いに独立して、第１の電圧としてのＨｉｇｈ電圧と、第２の電圧としてのＬｏｗ電圧との間の所定の電圧範囲内の電圧が印加可能に構成されている（詳細は後述。）。
【００３１】
さらに、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、後に詳述するように、上記複数の各画素領域が仕切壁にて区切られており、表示素子１０では、複数の画素が、上記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられている。具体的には、表示素子１０では、例えばＲＧＢの各色の画素が積層された表示ユニット１０ａ、１０ｂ単位で構成されている。そして、表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、マトリクス状に設けられた複数の画素領域毎に、エレクトロウェッティング現象にて後述の導電性液体を移動させることにより、表示素子１０では、対応する画素の表示面側での表示色を変更するようになっている。
【００３２】
また、複数の信号電極４ａ、４ｂ、複数の基準電極５ａ、５ｂ、及び複数の走査電極６ａ、６ｂでは、各々一端部側が表示面の有効表示領域の外側に引き出されて、端子部４ａ１、４ｂ１、５ａ１、５ｂ１、及び６ａ１、６ｂ１が形成されている。
【００３３】
複数の信号電極４ａ、４ｂの各端子部４ａ１、４ｂ１には、配線７ａ１、７ｂ１を介して信号ドライバ７ａ、７ｂが接続されている。各信号ドライバ７ａ、７ｂは、信号電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各信号電極４ａ、４ｂに対して、情報に応じた信号電圧Ｖｇを印加するように構成されている。
【００３４】
複数の基準電極５ａ、５ｂの各端子部５ａ１、５ｂ１には、配線８ａ１、８ｂ１を介して基準ドライバ８ａ、８ｂが接続されている。各基準ドライバ８ａ、８ｂは、基準電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各基準電極５ａ、５ｂに対して、所定の基準電圧Ｖｓを常時印加するように構成されている。
【００３５】
また、複数の走査電極６ａ、６ｂの各端子部６ａ１、６ｂ１には、配線９ａ１、９ｂ１を介して走査ドライバ９ａ、９ｂが接続されている。各走査ドライバ９ａ、９ｂは、走査電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各走査電極６ａ、６ｂに対して、走査電圧Ｖｄを印加するように構成されている。
【００３６】
また、走査ドライバ９ａ、９ｂでは、基準ドライバ８ａ、８ｂが複数の各基準電極５ａ、５ｂに対して基準電圧Ｖｓを印加しているときに、複数の各走査電極６ａ、６ｂに対して、上記導電性液体が移動するのを阻止する非選択電圧と、導電性液体が信号電圧Ｖｇに応じて移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を走査電圧Ｖｄとして印加するようになっている。そして、画像表示装置１では、走査ドライバ９ａ、９ｂが例えば図１の左側から右側の各走査電極６ａ、６ｂに対して、選択電圧を順次印加することにより、ライン毎の走査動作が行われるように構成されている（詳細は後述。）。
【００３７】
また、信号ドライバ７ａ、７ｂ、基準ドライバ８ａ、８ｂ、及び走査ドライバ９ａ、９ｂには、直流電源または交流電源が含まれており、対応する信号電圧Ｖｇ、基準電圧Ｖｓ、及び走査電圧Ｖｄを供給するようになっている。
【００３８】
また、基準ドライバ８ａ、８ｂは、基準電圧Ｖｓの極性を所定の時間（例えば、１フレーム）毎に切り替えるように構成されている。さらに、走査ドライバ９ａ、９ｂは、基準電圧Ｖｓの極性の切り替えに対応して、走査電圧Ｖｄの各極性を切り替えるように構成されている。このように、基準電圧Ｖｓ及び走査電圧Ｖｄの各極性が所定の時間毎に切り替えられるので、基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂに対して常時同じ極性の電圧を印加するときに比べて、これらの基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂでの電荷の局在化を防ぐことができる。さらに、電荷の局在化に起因する表示不良（残像現象）や信頼性（寿命低下）の悪影響を防止することができる。
【００３９】
ここで、図２〜図４も参照して、表示素子１０の画素構造について具体的に説明する。
【００４０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１に示した１層目及び２層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図３は非表示面側から見た場合における、上記１層目及び２層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図であり、図４は上記表示素子の要部構成を示す断面図である。なお、図２及び図３では、図面の簡略化のために、上記表示面に設けられた複数の画素のうち、図１の左上端部に配設された１２個の画素を図示している。
【００４１】
図２〜図４において、表示ユニット１０ａ、１０ｂは、表示面側に設けられた第１の基板としての上記上部基板２ａ、２ｂと、上部基板２ａ、２ｂの背面側（非表示面側）に設けられた第２の基板としての上記下部基板３ａ、３ｂとを備えている。また、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、上部基板２ａ、２ｂと下部基板３ａ、３ｂが互いに所定の間隔をおいて配置されることにより、これら上部基板２ａ、３ｂ及び下部基板３ａ、３ｂの間に所定の表示用空間Ｓａ、Ｓｂが形成されている。また、この表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部には、上記導電性液体１６ａ、１６ｂ及びこの導電性液体１６ａ、１６ｂと混じり合わない絶縁性のオイル１７ａ、１７ｂが当該表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部で上記Ｘ方向（図４の左右方向）に移動可能に封入されており、導電性液体１６ａ、１６ｂは後述の有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動できるようになっている。
【００４２】
導電性液体１６ａ、１６ｂには、例えば溶媒としての水と、溶質としての所定の電解質を含んだ水溶液が用いられている。具体的には、例えば１ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）の水溶液が導電性液体１６ａ、１６ｂに用いられている。また、これらの導電性液体１６ａ、１６ｂでは、当該導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される光の波長域が互いに異なるように構成されている。言い換えれば、導電性液体１６ａ、１６ｂでは、当該導電性液体１６ａ、１６ｂによって通過を許容される光の波長域（透過波長域）が互いに異なるように構成されている。
【００４３】
具体的にいえば、図４に例示する赤色の画素では、１層目（上側）の表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａには、顔料や染料などの着色剤によって赤色に着色されたものが使用されている。一方、２層目（下側）の表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂには、上記着色剤によって黒色に着色されたものが使用されている。尚、緑色及び青色の画素では、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａには、上記着色剤によって緑色及び青色に着色されたものがそれぞれ使用され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂには、上記着色剤によって黒色に着色されたものが使用されている。
【００４４】
上記のように、導電性液体１６ａは、ＲＧＢのいずれかの色に着色されており、着色された色の波長域の光が通過するのを許容する。一方、導電性液体１６ｂは、黒色に着色されているので、当該導電性液体１６ｂは、各画素において、光の透過を許容または阻止するシャッターとして機能するようになっている。すなわち、表示素子１０の各画素では、後に詳述するように、導電性液体１６ｂが表示用空間Ｓｂの内部を基準電極５側（有効表示領域Ｐ１側）または走査電極６側（非有効表示領域Ｐ２側）にスライド移動することによって表示色が黒色またはＲＧＢのいずれかの色に変更されるよう構成されている。
【００４５】
また、オイル１７ａ、１７ｂには、例えば側鎖高級アルコール、側鎖高級脂肪酸、アルカン炭化水素、シリコーンオイル、マッチングオイルから選択された１種または複数種からなる無極性で、かつ、無色透明なオイルが用いられている。また、このオイル１７ａ、１７ｂは、導電性液体１６ａ、１６７ｂのスライド移動に伴って、表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部を移動するようになっている。
【００４６】
上部基板２ａ、２ｂには、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、上部基板２ａの非表示面側の表面には、遮光層１１及び撥水膜１２ａが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ａが撥水膜１２ａ上に設けられている。また、上部基板２ｂの非表示面側の表面には、カラーフィルタ層Ｃｆ及び撥水膜１２ｂが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ｂが撥水膜１２ｂ上に設けられている。
【００４７】
また、下部基板３ａ、３ｂには、上部基板２ａ、２ｂと同様に、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、下部基板３ａ、３ｂの表示面側の表面には、第２の電極としての上記基準電極５ａ、５ｂ及び第３の電極としての上記走査電極６ａ、６ｂが設けられており、さらに、これらの基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂを覆うように、誘電体層１３ａ、１３ｂが形成されている。また、誘電体層１３ａの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ１及び１４ｘ１が設けられている。同様に、誘電体層１３ｂの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ２及び１４ｘ２が設けられている。
【００４８】
また、下部基板３ａでは、誘電体層１３ａ、リブ１４ｘ１、及び１４ｙ１を覆うように、撥水膜１５ａが設けられ、下部基板３ｂでは、誘電体層１３ｂ、リブ１４ｘ２、及び１４ｙ２を覆うように、撥水膜１５ｂが設けられている。
【００４９】
また、下部基板３ｂの背面側（非表示面側）には、例えば白色の照明光を発光するバックライト１８が一体的に組み付けられており、透過型の表示素子１０が構成されている。このように、バックライト１８が用いられているので、本実施形態の表示素子１０では、外光が不十分な場合や夜間などでも、適切な表示動作を行うことができる。また、本実施形態では、調光範囲が大きく、かつ、高精度な階調制御を簡単に行える高輝度な表示素子１０を容易に構成することができる。
【００５０】
また、表示ユニット１０ａ側の遮光層１１には、図２（ａ）に示すように、透明な樹脂を用いた透明部１１ｔと、遮光膜としてのブラックマトリクス部１１ｓとが設けられている。また、表示ユニット１０ｂ側のカラーフィルタ（Color Filter）層Ｃｆには、図２（ｂ）に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂと、遮光膜としてのブラックマトリクス部Ｃｆｓとが設けられており、ＲＧＢの各色の画素を構成するようになっている。つまり、カラーフィルタ層Ｃｆでは、図２（ｂ）に例示するように、ＲＧＢのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、ＣｆｂがＸ方向に沿って順次設けられるとともに、各々４つのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、ＣｆｂがＹ方向に沿って設けられており、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ３個及び４個、合計１２個の画素が表示ユニット１０ａ、１０ｂ単位に配設されている。
【００５１】
具体的には、表示ユニット１０ａでは、図２（ａ）に示すように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所に透明部１１ｔが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部１１ｓが設けられている。すなわち、表示ユニット１０ａでは、上記表示用空間Ｓａに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）１１ｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部１１ｓに形成された開口部（つまり、透明部１１ｔ）によって有効表示領域Ｐ１が設定されている。
【００５２】
一方、表示ユニット１０ｂでは、図２（ｂ）に示すように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部Ｃｆｓが設けられている。すなわち、表示ユニット１０ｂでは、上記表示用空間Ｓｂに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）Ｃｆｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部Ｃｆｓに形成された開口部（つまり、いずれかのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂ）によって有効表示領域Ｐ１が設定されている。尚、カラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂでは、所定のカラーフィルタ特性、すなわち当該カラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂによって通過を許容される光の波長域（透過波長域）のものが各々用いられている。
【００５３】
さらに、表示素子１０では、表示ユニット１０ａ、１０ｂは、有効表示領域Ｐ１どうしが画像表示装置１の表示面に垂直な方向で、互いに対向するように、積層されている。つまり、表示素子１０では、ＲＧＢの各画素において、表示ユニット１０ａ側の透明部１１ｔと、表示ユニット１０ｂ側のいずれかのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂとが、上記垂直な方向で互いに重なり合うように、設けられている。
【００５４】
また、表示素子１０では、透明部１１ｔ及びカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、Ｃｆｂの各面積は、有効表示領域Ｐ１の面積に対し、同一または若干大きい値が選択されている。一方、ブラックマトリクス部１１ｓ、Ｃｆの各面積は、非有効表示領域Ｐ２の面積に対し、同一または若干小さい値が選択されている。なお、図２では、隣接する画素の境界部を明確にするために、隣接する画素に応じた２つのブラックマトリクス部Ｃｆｓまたは１１ｓ間の境界線を点線にて示しているが、実際の遮光層１１またはカラーフィルタ層Ｃｆでは、ブラックマトリクス部Ｃｆｓまたは１１ｓ間の境界線は存在しない。
【００５５】
また、表示ユニット１０ａでは、上記仕切壁としてのリブ１４ｘ１、１４ｙ１により表示用空間Ｓａが画素領域Ｐ単位に区切られている。つまり、表示ユニット１０ａでは、各画素の表示用空間Ｓａは、図３に例示するように、互いに対向する２つのリブ１４ｘ１と、互いに対向する２つのリブ１４ｙ１とによって区画されている。言い換えれば、互いに対向する２つのリブ１４ｘ１によって画素領域Ｐ（図２）のＹ方向での寸法が規定され、互いに対向する２つのリブ１４ｙ１によって画素領域ＰのＸ方向での寸法が規定されている。
【００５６】
同様に、表示ユニット１０ｂでは、上記仕切壁としてのリブ１４ｘ２、１４ｙ２により表示用空間Ｓｂが画素領域Ｐ単位に区切られている。つまり、表示ユニット１０ｂでは、各画素の表示用空間Ｓｂは、図３に例示するように、互いに対向する２つのリブ１４ｘ２と、互いに対向する２つのリブ１４ｙ２とによって区画されている。言い換えれば、互いに対向する２つのリブ１４ｘ２によって画素領域Ｐ（図２）のＹ方向での寸法が規定され、互いに対向する２つのリブ１４ｙ２によって画素領域ＰのＸ方向での寸法が規定されている。
【００５７】
さらに、表示ユニット１０ａでは、リブ１４ｘ１、１４ｙ１によって導電性液体１６ａが隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｓａの内部に流入するのが防がれている。同様に、表示ユニット１０ｂでは、リブ１４ｘ２、１４ｙ２によって導電性液体１６ｂが隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｓｂの内部に流入するのが防がれている。すなわち、リブ１４ｘ１、１４ｙ１、１４ｘ２、１４ｙ２には、例えば光硬化性樹脂が用いられており、これらのリブ１４ｘ１、１４ｙ１、１４ｘ２、１４ｙ２では、隣接する画素間で対応する導電性液体１６ａ、１６ｂの流入出が防止されるように、誘電体層１３ａ、１３ｂからの突出高さが決定されている。
【００５８】
尚、上記の説明以外に、リブ１４ｘ１、１４ｙ１、１４ｘ２、１４ｙ２に代えて、例えば下部基板３ａ、３ｂ上で枠状に構成されたリブを画素単位に設けてもよい。また、隣接する画素領域Ｐどうしが気密に区切られるように、上記枠状に構成されたリブの先端部を上部基板２ａ、２ｂ側に密接させてもよい。このようにリブの先端部を上部基板２ａ、２ｂ側に密接させた場合には、当該リブを貫通するように信号電極４ａ、４ｂを設けることで表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部に信号電極４ａ、４ｂを設置すればよい。
【００５９】
撥水膜１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂには、透明な合成樹脂、好ましくは電圧印加時に対応する導電性液体１６ａ、１６ｂに対し親水層となる、例えば厚さ６０ｎｍのフッ素系樹脂が使用されている。これにより、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、上部基板２ａ、２ｂ及び下部基板３ａ、３ｂの表示用空間Ｓａ、Ｓｂ側の各表面側での導電性液体１６ａ、１６ｂとの間の濡れ性（接触角）を大きく変化させることができ、導電性液体１６ａ、１６ｂの移動速度の高速化を図ることができる。また、誘電体層１３ａ、１３ｂは、例えばパリレンや窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、あるいは酸化アルミニウムを含有した透明な誘電体膜によって構成されている。
【００６０】
基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂには、酸化インジウム系（ＩＴＯ）、酸化スズ系（ＳｎＯ2）、または酸化亜鉛系（ＡＺＯ、ＧＺＯ、あるいはＩＺＯ）などの透明な電極材料が用いられている。これらの各基準電極５ａ、５ｂ及び各走査電極６ａ、６ｂは、スパッタ法等の公知の成膜方法により、例えば厚さ１００ｎｍで下部基板３ａ、３ｂ上に帯状に形成されている。
【００６１】
信号電極４ａ、４ｂには、Ｘ方向に平行となるように配置された線状配線が用いられている。また、信号電極４ａ、４ｂは、撥水膜１２ａ、１２ｂ上で、各画素領域ＰのＹ方向でのほぼ中心部を通るように設置されており、導電性液体１６ａ、１６ｂを挿通して、当該導電性液体１６ａ、１６ｂに直接的に接触するように構成されている。これにより、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、表示動作時での導電性液体１６ａ、１６ｂの応答性の向上が図られている。
【００６２】
また、この信号電極４ａ、４ｂには、導電性液体１６ａ、１６ｂに対して電気化学的に不活性な材料が使用されており、当該信号電極４ａ、４ｂに上記信号電圧Ｖｇ（例えば、４０Ｖ）が印加されたときでも、導電性液体１６ａ、１６ｂと電気化学反応を極力生じないように構成されている。これにより、信号電極４ａ、４ｂの電気分解の発生を防いで、表示素子１０の信頼性及び寿命を向上させることができる。
【００６３】
具体的にいえば、信号電極４ａ、４ｂには、金、銀、銅、白金、及びパラジウムの少なくとも一つを含んだ電極材料が用いられており、スクリーン印刷法などによって上部基板２ａ、２ｂ側に設けられている。また、信号電極４ａ、４ｂでは、その形状が画素の有効表示領域Ｐ１の下方に設けられた基準電極５ａ、５ｂの透過率を用いて、定められている。
【００６４】
ここで、図５〜図７も参照して、上記のように構成された本実施形態の画像表示装置１の表示動作について具体的に説明する。
【００６５】
図５は、上記表示ユニットでの動作例を説明する図である。図６は上記表示素子の動作例を説明する断面図であり、図７は上記表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【００６６】
まず、図５を用いて、各表示ユニット１０ａ、１０ｂの基本的な動作（走査動作）について説明する。なお、以下の説明では、表示ユニット１０ａ、１０ｂの走査動作は同じ動作原理によって行われるため、表示ユニット１０ａの走査動作を例示して説明する（後掲の表示ユニット１０ｃでも同様。）。また、図５では、有効表示領域側及び非有効表示領域側のことを、それぞれ有効側及び非有効側と略記している。
【００６７】
図５において、基準ドライバ８ａは、全ての各基準電極５ａに対して、常にＨｉｇｈ電圧（第１の電圧）を基準電圧Ｖｓとして印加する。また、走査ドライバ９ａは、例えば同図の左側から右側に向かう所定の走査方向で、走査電極６ａに対して、走査電圧Ｖｄとして上記選択電圧を順次印加する。具体的には、走査ドライバ９ａは、走査電極６ａに対して、選択電圧としてＬｏｗ電圧（第２の電圧）を順次印加して選択ラインとする走査動作を行う。この選択ラインでは、信号ドライバ７ａは外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極４ａに対して、Ｈｉｇｈ電圧またはＬｏｗ電圧を信号電圧Ｖｇとして印加する。これにより、選択ラインの各画素では、導電性液体１６ａが有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動され、さらには表示面側の表示色や階調が変更される（詳細は後述。）。
【００６８】
また、走査ドライバ９ａは、Ｌｏｗ電圧が印加されない残りの全ての走査電極６ａに対してＨｉｇｈ電圧を上記非選択電圧として印加して、非選択ラインとする。これにより、非選択ラインの各画素では、導電性液体１６ａが有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側で静止される。
【００６９】
上記のような表示動作を行う場合、基準電極５ａ、走査電極６ａ、及び信号電極４ａへの印加電圧の組み合わせは、表１に示されるものとなる。さらに、導電性液体１６ａの挙動は、表１に示すように、印加電圧に応じたものとなる。なお、表１では、Ｈｉｇｈ電圧、及びＬｏｗ電圧をそれぞれ"Ｈ"、及び"Ｌ"にて略記している（後掲の表２でも同様。）。
【００７０】
【表１】
【００７１】
＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＨｉｇｈ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、共にＨｉｇｈ電圧が印加されているので、これらの基準電極５ａと信号電極４ａとの間には、電位差が生じていない。一方、信号電極４ａと走査電極６ａとの間では、走査電極６ａに対して、Ｌｏｗ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。このため、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている走査電極６ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、オイル１７ａを基準電極５ａ側に移動させる。
【００７２】
一方、選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＬｏｗ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、電位差が生じ、信号電極４ａと走査電極６ａとの間には、電位差が生じていない。従って、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている基準電極５ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４とは反対に、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１７ａを走査電極６ａ側に移動させる。
【００７３】
＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＨｉｇｈ電圧が印加されているときでは、信号電極４ａ、基準電極５ａ、及び走査電極６ａの全ての電極がＨｉｇｈ電圧となり、これらの電極間には電位差が生じていない。それ故、導電性液体１６ａは現状の位置、すなわち基準電極５ａ側または走査電極６ａ側から移動せずに、静止した状態で維持される。
【００７４】
同様に、非選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＬｏｗ電圧が印加されているときでも、導電性液体１６ａは現状の位置に静止した状態で維持される。すなわち、基準電極５ａ及び走査電極６ａの双方に対して、Ｈｉｇｈ電圧が印加されているので、基準電極５ａと信号電極４ａとの間の電位差及び走査電極６ａと信号電極４ａとの間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。
【００７５】
また、基準電極５ａ、走査電極６ａ、及び信号電極４ａへの印加電圧の組み合わせは、表１に限定されるものではなく、表２に示すものでもよい。
【００７６】
【表２】
【００７７】
すなわち、基準電極５ａには、基準ドライバ８ａから常にＬｏｗ電圧（第２の電圧）を基準電圧Ｖｓとして印加する。走査電極６ａには、走査ドライバ９ａにより図１の左側から順次1本ずつＨｉｇｈ電圧（第１の電圧）を上記選択電圧として印加して選択ラインとする走査動作を行う。また、走査ドライバ９ａは、Ｈｉｇｈ電圧が印加されない残りの全ての走査電極６ａに対してＬｏｗ電圧を上記非選択電圧として印加して、非選択ラインとする。信号電極４ａには、信号ドライバ７ａにより外部からの画像入力信号に応じて、Ｈｉｇｈ電圧またはＬｏｗ電圧を信号電圧Ｖｇとして印加する。
【００７８】
＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＬｏｗ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、共にＬｏｗ電圧が印加されているので、これらの基準電極５ａと信号電極４ａとの間には、電位差が生じていない。一方、信号電極４ａと走査電極６ａとの間では、走査電極６ａに対して、Ｈｉｇｈ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。従って、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている走査電極６ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、オイル１７ａを基準電極５側に移動させる。
【００７９】
一方、選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＨｉｇｈ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、電位差が生じ、信号電極４ａと走査電極６ａとの間には、電位差が生じていない。従って、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている基準電極５ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４とは反対に、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１７ａを走査電極６ａ側に移動させる。
【００８０】
＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＬｏｗ電圧が印加されているときでは、信号電極４、基準電極５ａ、及び走査電極６ａの全ての電極がＬｏｗ電圧となり、これらの電極間には電位差が生じていない。それ故、導電性液体１６ａは現状の位置、すなわち基準電極５ａ側または走査電極６ａ側から移動せずに、静止した状態で維持される。
【００８１】
同様に、非選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＨｉｇｈ電圧が印加されているときでも、導電性液体１６ａは現状の位置に静止した状態で維持される。すなわち、基準電極５ａ及び走査電極６ａの双方に対して、Ｌｏｗ電圧が印加されているので、基準電極５ａと信号電極４ａとの間の電位差及び走査電極６ａと信号電極４ａとの間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。
【００８２】
また、本実施形態の画像表示装置１では、表１及び表２に示した印加電圧の組み合わせ以外に、信号電極４ａへの印加電圧を、Ｈｉｇｈ電圧またはＬｏｗ電圧の２値だけではなく、これらのＨｉｇｈ電圧とＬｏｗ電圧との間の電圧を、表示面側に表示される情報に応じて変化させることもできる。すなわち、画像表示装置１では、信号電圧Ｖｇを制御することにより、階調表示が可能となる。これにより、表示性能に優れた表示素子１０を構成することができる。
【００８３】
次に、図４、図６、及び図７を使用して、本実施形態での階調表示動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、赤色の画素での動作を例示して説明する。また、以下の説明では、説明の簡略化のために、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とが同一である場合を例示して説明する。
【００８４】
図４に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが走査電極６ａ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ｂ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、黒色に着色された導電性液体１６ｂによって遮断される。この結果、照明光がカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのを阻止されて、この赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｂによる黒色表示の状態となる。
【００８５】
また、図６に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ａ、６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、バックライト１８からの照明光はカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのが許容される。そして、この照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び透明部１１ｔを順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒによる赤色表示の状態となる。
【００８６】
また、図７に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ１）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、赤色に着色された導電性液体１６ａの内部を通過する。そして、この照明光は、透明部１１ｔを通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び導電性液体１６ａによる赤色表示の状態となる。
【００８７】
また、図７に示した場合では、図６に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図７に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図６に示した場合に比べて低下する。
【００８８】
以上のように、赤色の画素では、図４、図６、及び図７に示した３階調の階調表示が行われる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、図６に示したように、導電性液体１６ａ、１６ｂが非有効表示領域Ｐ２側に移動して、完全なＲＧＢの色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。
【００８９】
尚、上記の説明以外に、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とを異ならせた場合では、これらの透過波長域を同一にした場合に比べて、外部に出射される光の輝度及び表示色を若干変更することができる（後掲の各実施形態でも同様。）。
【００９０】
以上のように構成された本実施形態の表示素子１０では、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂが、有効表示領域Ｐ１が互いに対向するように積層されている。また、２個の各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、導電性液体１６ａ、１６ｂは当該導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される光の波長域が互いに異なるように構成されている。これにより、本実施形態の表示素子１０では、上記従来例と異なり、図４、図６、及び図７に示したように、表示面側での表示色を３段階の階調に調整することを容易に行うことができる。従って、本実施形態の表示素子１０では、上記従来例と異なり、中間調の表示を精度よく行うことができる。
【００９１】
また、本実施形態の画像表示装置（電気機器）１では、表示素子１０が表示部に用いられているので、優れた表示品位を有する表示部を備えた高性能な画像表示装置を容易に構成することができる。
【００９２】
また、本実施形態の表示素子１０では、各表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、複数の走査電極（第２の電極）５ａ、５ｂ及び複数の基準電極（第３の電極）６ａ、６ｂが、互いに交互に、かつ、複数の信号電極４ａ、４ｂと交差するように、下部基板（第２の基板）３ａ、３ｂ側に設けられている。また、信号ドライバ（信号電圧印加部）７ａ、７ｂ、走査ドライバ（走査電圧印加部）８ａ、８ｂ、及び基準ドライバ（基準電圧印加部）９ａ、９ｂが信号電極４ａ、４ｂ、走査電極５ａ、５ｂ、及び基準電極６ａ、６ｂに対して、信号電圧、走査電圧（選択電圧または非選択電圧）、及び基準電圧を印加するようになっている。これにより、本実施形態では、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子を構成することができる。
【００９３】
［第２の実施形態］
図８は本発明の第２の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図であり、図９は図８に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、２個の表示ユニットにおいて、１つの基準電圧印加部及び１つの走査電圧印加部を共用した点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明は省略する。
【００９４】
すなわち、図８に示すように、本実施形態の画像表示装置１では、１つの基準ドライバ（基準電圧印加部）８が表示ユニット１０ａ、１０ｂの基準電極５ａ、５ｂの端子部５ａ１、５ｂ１に対し、配線８ａ１、８ｂ１を介在させて接続されている。また、１つの走査ドライバ（走査電圧印加部）９が表示ユニット１０ａ、１０ｂの走査電極６ａ、６ｂの端子部６ａ１、６ｂ１に対し、配線９ａ１、９ｂ１を介在させて接続されている。そして、本実施形態の画像表示装置１では、上記走査動作が同時に行われる画素単位の表示ユニット１０ａ、１０ｂに対して、１つの基準ドライバ８及び１つの走査ドライバ９を共用している。すなわち、基準ドライバ８は、表示ユニット１０ａ、１０ｂの基準電極５ａ、５ｂに対して、上記基準電圧を同時に印加し、走査ドライバ９は、表示ユニット１０ａ、１０ｂの走査電極６ａ、６ｂに対して、上記走査電圧を同時に印加する。
【００９５】
また、本実施形態では、図９に示すように、２層目の表示ユニット１０ｂにおいて、上部基板２ｂ側に基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを設け、下部基板３ｂ側に信号電極４ｂを設けている。具体的にいえば、上部基板２ｂでは、カラーフィルタ層Ｃｆ上に基準電極５ｂ及び走査電極６ｂが並設され、これらの基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを覆うように、誘電体層１３ｂが形成されている。さらに、上部基板２ｂ側では、誘電体層１３ｂ上にリブ１４ｘ２、１４ｙ２及び撥水膜１５ｂが順次設けられている。一方、下部基板３ｂ側では、表示用空間Ｓｂ側の表面上に撥水膜１２ｂ及び信号電極４ｂが順次設置されている。
【００９６】
以上のように、本実施形態では、２層目の表示ユニット１０ｂにおいて、上部基板２ｂ側に基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを設けることにより、１層目の表示ユニット１０ａにおいて、下部基板３ａ側に設けられた基準電極５ｂ及び走査電極６ｂに対し、当該基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを近接して配置することができる。この結果、基準ドライバ８及び走査ドライバ９への配線８ａ１、８ｂ１及び９ａ１、９ｂ１の引き廻し（接続）寸法を短い寸法にすることができ、これらの配線（接続）作業を簡単化することができる。
【００９７】
ここで、図１０及び図１１も参照して、上記のように構成された本実施形態での階調表示動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、赤色の画素での動作を例示して説明する。また、以下の説明では、説明の簡略化のために、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とが同一である場合を例示して説明する。
【００９８】
図１０は図８に示した表示素子の動作例を説明する断面図であり、図１１は図８に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【００９９】
図９に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが走査電極６ａ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ｂ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、黒色に着色された導電性液体１６ｂによって遮断される。この結果、照明光がカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのを阻止されて、この赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｂによる黒色表示の状態となる。
【０１００】
また、図１０に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ａ、６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、バックライト１８からの照明光はカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのが許容される。そして、この照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び透明部１１ｔを順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒによる赤色表示の状態となる。
【０１０１】
また、図１１に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ１）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、赤色に着色された導電性液体１６ａの内部を通過する。そして、この照明光は、透明部１１ｔを通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び導電性液体１６ａによる赤色表示の状態となる。
【０１０２】
また、図１１に示した場合では、図１０に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１１に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１０に示した場合に比べて低下する。
【０１０３】
以上のように、赤色の画素では、図９、図１０、及び図１１に示した３階調の階調表示が行われる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、図１０に示したように、導電性液体１６ａ、１６ｂが非有効表示領域Ｐ２側に移動して、完全なＲＧＢの色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。
【０１０４】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、１つの基準ドライバ（基準電圧印加部）８及び１つの走査ドライバ（走査電圧印加部）９を共用しているので、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、導電性液体１６ａ、１６ｂを容易に同期して移動させることが可能となり、基準ドライバ８及び走査ドライバ９での各電圧印加処理を容易なものとしつつ、モアレ現象の発生を確実に防ぐことができる。
【０１０５】
尚、上記の説明以外に、３層以上の表示ユニットが用いられた表示素子において、１つの基準電圧印加部及び１つの走査電圧印加部を共用する構成でもよい。
【０１０６】
［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、３個の表示ユニットを積層した点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明は省略する。
【０１０７】
すなわち、図１２において、本実施形態の画像表示装置１では、３個の表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃが同図１２の紙面に垂直な方向に積層されており、１つの画素が積層された表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ単位で設けられるようになっている。また、本実施形態では、信号ドライバ７ａ、７ｂ、７ｃが設けられており、表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの信号電極４ａ、４ｂ、４ｃの端子部４ａ１、４ｂ１、４ｃ１に対し、配線７ａ１、７ｂ１、７ｃ１を介在させて接続されている。
【０１０８】
また、本実施形態では、基準ドライバ８ａ、８ｂ、８ｃが設けられており、表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの基準電極５ａ、５ｂ、５ｃの端子部５ａ１、５ｂ１、５ｃ１に対し、配線８ａ１、８ｂ１、８ｃ１を介在させて接続されている。さらに、本実施形態では、走査ドライバ９ａ、９ｂ、９ｃが設けられており、表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの走査電極６ａ、６ｂ、６ｃの端子部６ａ１、６ｂ１、６ｃ１に対し、配線９ａ１、９ｂ１、９ｃ１を介在させて接続されている。
【０１０９】
ここで、図１３〜図１５も参照して、本実施形態の表示素子１０の画素構造について具体的に説明する。
【０１１０】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１２に示した１層目と２層目の各表示ユニット及び３層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１４は、非表示面側から見た場合における、上記１層目、２層目、及び３層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１５は、図１２に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。
【０１１１】
図１３〜図１５において、表示ユニット１０ｃは、表示ユニット１０ａ、１０ｂと同様に、表示面側に設けられた第１の基板としての上記上部基板２ｃと、上部基板２ｃの背面側（非表示面側）に設けられた第２の基板としての上記下部基板３ｃとを備えている。また、表示ユニット１０ｃでは、上部基板２ｃと下部基板３ｃが互いに所定の間隔をおいて配置されることにより、これら上部基板２ｃ及び下部基板３ｃの間に所定の表示用空間Ｓｃが形成されている。また、この表示用空間Ｓｃの内部には、導電性液体１６ｃとこの導電性液体１６ｃと混じり合わない絶縁性のオイル１７ｃが当該表示用空間Ｓｃの内部で上記Ｘ方向（図１５の左右方向）に移動可能に封入されており、導電性液体１６ｃは、導電性液体１６ａ、１６ｂと同様に、有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動できるようになっている。
【０１１２】
導電性液体１６ｃには、導電性液体１６ａ、１６ｂと同様に、例えば１ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）の水溶液が用いられている。これらの導電性液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃでは、当該導電性液体１６ｃによって遮蔽される光の波長域が、導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される波長域とは、異なるように構成されている。一方、導電性液体１６ａ、１６ｂでは、これらの導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される波長域は同じでもよい。
【０１１３】
具体的にいえば、本実施形態では、１層目（上側）及び２層目（中央）の表示ユニット１０ａ、１０ｂの導電性液体１６ａ、１６ｂには、顔料や染料などの着色剤によってＲＧＢのいずれかの色に着色されたものが使用されている。一方、３層目（下側）の表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃには、上記着色剤によって黒色に着色されたものが使用されており、当該導電性液体１６ｃは、各画素において、光の透過を許容または阻止するシャッターとして機能するようになっている。
【０１１４】
また、オイル１７ｃには、オイル１７ａ、１７ｂと同様なものが用いられており、導電性液体１７ｃのスライド移動に伴って、表示用空間Ｓｃの内部を移動するようになっている。
【０１１５】
上部基板２ａ、２ｂには、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、上部基板２ａ、２ｂの非表示面側の表面には、遮光層１１ａ、１１ｂ及び撥水膜１２ａ、１２ｂが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ａ、４ｂが撥水膜１２ａ、１２ｂ上に設けられている。また、上部基板２ｃの非表示面側の表面には、カラーフィルタ層Ｃｆ及び撥水膜１２ｃが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ｃが撥水膜１２ｃ上に設けられている。
【０１１６】
また、下部基板３ａ、３ｂ、３ｃには、上部基板２ａ、２ｂ、２ｃと同様に、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、下部基板３ａ、３ｂ、３ｃの表示面側の表面には、第２の電極としての上記基準電極５ａ、５ｂ、５ｃ及び第３の電極としての上記走査電極６ａ、６ｂ、６ｃが設けられており、さらに、これらの基準電極５ａ、５ｂ、５ｃ及び走査電極６ａ、６ｂ、６ｃを覆うように、誘電体層１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている。また、誘電体層１３ａの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ１及び１４ｘ１が設けられている。同様に、誘電体層１３ｂの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ２及び１４ｘ２が設けられている。同様に、誘電体層１３ｃの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ３及び１４ｘ３が設けられている。
【０１１７】
また、下部基板３ａでは、誘電体層１３ａ、リブ１４ｘ１、及び１４ｙ１を覆うように、撥水膜１５ａが設けられ、下部基板３ｂでは、誘電体層１３ｂ、リブ１４ｘ２、及び１４ｙ２を覆うように、撥水膜１５ｂが設けられている。同様に、下部基板３ｃでは、誘電体層１３ｃ、リブ１４ｘ３、及び１４ｙ３を覆うように、撥水膜１５ｃが設けられている。
【０１１８】
また、下部基板３ｃの背面側（非表示面側）には、例えば白色の照明光を発光するバックライト１８が一体的に組み付けられており、透過型の表示素子１０が構成されている。そして、本実施形態では、上記実施形態と同様に、外光が不十分な場合や夜間などでも、適切な表示動作を行うことができるとともに、調光範囲が大きく、かつ、高精度な階調制御を簡単に行える高輝度な表示素子１０を容易に構成することができる。
【０１１９】
また、表示ユニット１０ｃでは、表示ユニット１０ａ、１０ｂと同様に、表１または表２に示した電圧印加が行われることにより、上記走査動作が行われるようになっている。
【０１２０】
ここで、図１６〜図１９も参照して、上記のように構成された本実施形態での階調表示動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、赤色の画素での動作を例示して説明する。また、以下の説明では、説明の簡略化のために、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とが同一である場合を例示して説明する。
【０１２１】
図１６は図１２に示した表示素子の動作例を説明する断面図であり、図１７は図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。図１８は図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図であり、図１９は図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【０１２２】
図１５に示すように、表示ユニット１０ａ、１０ｂの導電性液体１６ａ、１６ｂが走査電極６ａ、６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが基準電極５ｃ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、黒色に着色された導電性液体１６ｃによって遮断される。この結果、照明光がカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのを阻止されて、この赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｃによる黒色表示の状態となる。
【０１２３】
また、図１６に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂ、及び表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ａ、６ｂ、６ｃ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、バックライト１８からの照明光はカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのが許容される。そして、この照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び透明部１１ｔ２、１１ｔ１を順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒによる赤色表示の状態となる。
【０１２４】
また、図１７に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ａ、６ｃ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、赤色に着色された導電性液体１６ｂの内部を通過する。その後、この照明光は、透明部１１ｔ２、１１ｔ１を順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び導電性液体１６ｂによる赤色表示の状態となる。
【０１２５】
また、図１７に示した場合では、図１６に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｂの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１７に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ｂによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１６に示した場合に比べて低下する。
【０１２６】
また、図１８に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ａ、５ｂ（有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ｃ（非有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、導電性液体１６ｂの内部を通過する。その後、この照明光は、透明部１１ｔ２を通過し、さらには、赤色に着色された導電性液体１６ａの内部及び透明部１１ｔ１を順次通過した後、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ、及び導電性液体１６ａ、１６ｂによる赤色表示の状態となる。
【０１２７】
また、図１８に示した場合では、図１７に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１８に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１７に示した場合に比べて低下する。
【０１２８】
また、図１９に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂ及び表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ｂ、６ｃ（非有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、透明部１１ｔ２を通過する。その後、この照明光は、導電性液体１６ａの内部及び透明部１１ｔ１を順次通過した後、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ、及び導電性液体１６ａによる赤色表示の状態となる。
【０１２９】
また、図１９に示した場合では、図１６に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１９に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１６に示した場合に比べて低下する。
【０１３０】
また、この図１９に示した場合では、導電性液体１６ａの透過波長域と導電性液体１６ｂの透過波長域とが互いに異なる場合、図１７に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、明るい赤色表示の状態となる。尚、導電性液体１６ａの透過波長域が導電性液体１６ｂのものと同じ場合、赤色の画素での表示面側の表示色は、図１７に示した場合と同じとなる。
【０１３１】
以上のように、赤色の画素では、図１５〜図１９に示した５階調の階調表示が行われる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、図１６に示したように、導電性液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃが非有効表示領域Ｐ２側に移動して、完全なＲＧＢの色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。
【０１３２】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、３個の表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、有効表示領域Ｐ１が互いに対向するように積層されているので、図１５〜図１９に示したように、表示面側での表示色を５段階の階調に調整することを容易に行うことができる。
【０１３３】
尚、上記の実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１３４】
例えば、上記の説明では、カラー画像表示を表示可能な表示部を備えた画像表示装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部が設けられた電気機器であれば何等限定されるものではなく、例えば電子手帳等のＰＤＡなどの携帯情報端末、パソコンやテレビなどに付随する表示装置、あるいは電子ペーパーその他、各種表示部を備えた電気機器に好適に用いることができる。
【０１３５】
また、上記の説明では、導電性液体への電界印加に応じて、当該導電性液体を移動させるエレクトロウェッティング方式の表示素子を構成した場合について説明したが、本発明の表示素子は、これに限定されるものではなく、外部電界を利用して、表示用空間の内部で導電性液体を動作させることにより、表示面側の表示色を変更可能な電界誘導型の表示素子であれば何等限定されるものではなく、電気浸透方式、電気泳動方式、誘電泳動方式などの他の方式の電界誘導型表示素子に適用することができる。
【０１３６】
但し、上記各実施形態のように、エレクトロウェッティング方式の表示素子を構成する場合の方が、導電性液体を低い駆動電圧で高速に移動させることが可能となる。しかも、３つの電極を設けて、導電性液体をスライド移動させているので、導電性液体の形状を変化させるものに比べて、表示面側の表示色の切換速度の高速化及び省力化を容易に図ることができる。それ故、動画表示を容易に行うことが可能で、表示性能に優れた表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。また、エレクトロウェッティング方式の表示素子では、導電性液体の移動に応じて表示色が変更されるので、液晶表示装置等と異なり、視野角依存性がない点でも好ましい。さらには、画素毎にスイッチング素子を設ける必要がないので、構造簡単で高性能なマトリクス駆動方式の表示素子を低コストで構成できる点でも好ましい。しかも、液晶層などの複屈折材料を用いていないので、情報表示に使用される、バックライトからの光や外光の光利用効率に優れた高輝度な表示素子を容易に構成できる点でも好ましい。
【０１３７】
また、上記の説明では、バックライトを備えた透過型の表示素子を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、拡散反射板などの光反射部を有する反射型や、前記光反射部とバックライトとを併用した半透過型の表示素子にも適用することができる。
【０１３８】
また、上記の説明では、２個または３個の表示ユニットを用いた場合について説明したが、本発明は、有効表示領域が互いに対向するように、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の表示ユニットを積層したものであればよい。
【０１３９】
また、上記の説明では、最下層に設置された表示ユニットにおいて、黒色に着色された導電性液体及びカラーフィルタ層を用いた場合について説明したが、本発明はＮ個の各表示ユニットにおいて、導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されているものであれば、導電性液体の構成やカラーフィルタ層の有無や設置箇所などは上記のものに何等限定されない。例えば、Ｎ個の各表示ユニットにおいて、導電性液体の透過率を互いに相異させる構成でもよい。
【０１４０】
但し、上記の各実施形態のように、少なくとも１個の表示ユニットに黒色に着色された導電性液体を用いる場合の方が、当該表示ユニットをシャッターとして機能させることが可能となり、黒色表示を適切に行うことができる点で好ましい。
【０１４１】
また、上記の各実施形態のように、少なくとも１個の表示ユニットに所定色に着色されたカラーフィルタ部を設ける場合の方が、中間調の再現（表示）範囲をより容易に広げることができる点で好ましい。
【０１４２】
また、上記の各実施形態のように、複数の各表示ユニットにおいて、導電性液体に用いられる着色剤を変更することにより、導電性液体によって遮蔽される光の波長域を相異させる場合の方が、導電性液体による光の遮蔽域を確実に相異させることができる点で好ましい。
【０１４３】
また、上記の説明では、ＲＧＢの各色の画素を表示面側に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の画素領域が、表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられているものであればよい。具体的には、ＲＧＢ、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）のＣＭＹ、またはＲＧＢＹＣなどに着色された複数色の導電性液体を用いることもできる。
【０１４４】
また、上記の説明では、２個または３個の表示ユニット単位に複数の各画素を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば隣接する２つの３個の表示ユニット単位に画素を構成してもよい。すなわち、２つの各３個の表示ユニットをサブ画素（サブピクセル）として構成してもよい。
【０１４５】
また、上記の説明では、基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を有効表示領域側及び非有効表示領域側にそれぞれ設置した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の電極及び第３の電極を非有効表示領域側及び有効表示領域側にそれぞれ設置してもよい。
【０１４６】
また、上記の説明では、基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を下部基板（第２の基板）の表示面側の表面に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁材料からなる上記第２の基板の内部に埋設した第２及び第３の電極を用いることもできる。このように構成した場合には、第２の基板を誘電体層として兼用させることができ、当該誘電体層の設置を省略することができる。さらに、誘電体層を兼用した第１及び第２の基板上に第１の電極を直接的に設け、表示用空間の内部に当該第１の電極を設置する構成でもよい。
【０１４７】
また、上記の説明では、透明な電極材料を用いて基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を構成した場合について説明したが、本発明は第２及び第３の電極のうち、画素の有効表示領域に対向するように設置される一方の電極だけを透明な電極材料によって構成すればよく、有効表示領域に対向されない他方の電極には、アルミニウム、銀、クロム、その他の金属などの不透明な電極材料を使用することができる。
【０１４８】
また、上記の説明では、帯状の基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を用いた場合について説明したが、本発明の第２及び第３の電極の各形状はこれに何等限定されない。例えば透過型に比べて、情報表示に用いられる光の利用効率が低下する反射型の表示素子では、線状や網状などの光ロスが生じ難い形状としてもよい。
【０１４９】
また、上記の説明では、信号電極（第１の電極）に線状配線を用いた場合について説明したが、本発明の第１の電極はこれに限定されるものではなく、網状配線などの他の形状に形成された配線も使用することができる。
【０１５０】
但し、上記の各実施形態のように、透明な透明電極が用いられた第２及び第３の電極の透過率を用いて、第１の電極の形状を定める場合の方が、不透明な材料を使用して第１の電極を構成したときでも、当該第１の電極の影が表示面側に現れるのを防ぐことができ、表示品位が低下するのを抑えることができる点で好ましく、さらには線状配線を用いた場合には、上記表示品位の低下を確実に抑えることができる点でより好ましい。
【０１５１】
また、上記の説明では、塩化カリウムの水溶液を導電性液体に用いるとともに、金、銀、銅、白金、及びパラジウムの少なくとも一つを用いて、信号電極（第１の電極）を構成した場合について説明したが、本発明は表示用空間の内部に設置されて、導電性液体と接触する第１の電極に、当該導電性液体に対して電気化学的に不活性な材料を用いたものであれば何等限定されない。具体的にいえば、導電性液体には、塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アルカリ金属水酸化物、酸化亜鉛、塩化ナトリウム、リチウム塩、リン酸、アルカリ金属炭酸塩、酸素イオン伝導性を有するセラミックスなどの電解質を含んだものを使用することができる。また、溶媒には、水以外に、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコールなどの有機溶媒を使用することもできる。さらに、本発明の導電性液体には、ピリジン系、脂環族アミン系、または脂肪族アミン系などの陽イオンと、フッ化物イオンやトリフラート等のフッ素系などの陰イオンとを含んだイオン液体（常温溶融塩）を使用することもできる。
【０１５２】
但し、上記の各実施形態のように、所定の電解質を溶かした水溶液を導電性液体に使用する場合の方が、取扱性に優れるとともに、製造が簡単な表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。
【０１５３】
また、本発明の第１の電極には、例えばアルミニウム、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、チタン、タンタル、ニオブあるいはそれらの合金などの導電性を有する金属を用いた電極本体と、この電極本体の表面を覆うように設けられた酸化被膜とを備えた不動態を使用することができる。
【０１５４】
但し、上記の各実施形態のように、金、銀、銅、白金、及びパラジウムの少なくとも一つを第１の電極及び電極部材に用いる場合の方が、イオン化傾向の小さい金属を使用することとなり、当該電極の簡略化を図りつつ、導電性液体との間での電気化学反応を確実に防ぐことが可能となって信頼性の低下が防がれた長寿命な表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。また、イオン化傾向の小さい金属は導電性液体との間の界面に生じる界面張力を比較的小さくすることができることから、導電性液体を移動させないときでは、その固定位置で当該導電性液体を安定した状態で容易に保持できる点でも好ましい。
【０１５５】
また、上記の説明では、無極性のオイルを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性液体と混じり合わない絶縁性流体であればよく、例えばオイルに代えて、空気を使用してもよい。また、オイルとして、シリコーンオイル、脂肪系炭化水素などを使用することができる。
【０１５６】
但し、上記の各実施形態のように、導電性液体と相溶性がない無極性のオイルを用いた場合の方が、空気と導電性液体とを用いる場合よりは、無極性のオイル中で導電性液体の液滴がより移動し易くなって、当該導電性液体を高速移動させることが可能となり、表示色を高速に切り換えられる点で好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた高性能な電気機器に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１に示した１層目及び２層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図３】非表示面側から見た場合における、上記１層目及び２層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図４】上記表示素子の要部構成を示す断面図である。
【図５】上記表示ユニットでの動作例を説明する図である。
【図６】上記表示素子の動作例を説明する断面図である。
【図７】上記表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。
【図９】図８に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。
【図１０】図８に示した表示素子の動作例を説明する断面図である。
【図１１】図８に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１２に示した１層目と２層目の各表示ユニット及び３層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図１４】非表示面側から見た場合における、上記１層目、２層目、及び３層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図１５】図１２に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。
【図１６】図１２に示した表示素子の動作例を説明する断面図である。
【図１７】図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図１８】図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図１９】図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１ 画像表示装置（電気機器）
２ａ、２ｂ、２ｃ 上部基板（第１の基板）
３ａ、３ｂ、３ｃ 下部基板（第２の基板）
４ａ、４ｂ、４ｃ 信号電極（第１の電極）
５ａ、５ｂ、５ｃ 基準電極（第２の電極）
６ａ、６ｂ、６ｃ 走査電極（第３の電極）
７ａ、７ｂ、７ｃ 信号ドライバ（信号電圧印加部）
８、８ａ、８ｂ、８ｃ 基準ドライバ（基準電圧印加部）
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 走査ドライバ（走査電圧印加部）
１０ 表示素子（表示部）
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 表示ユニット
１４ｘ１、１４ｘ２、１４ｘ３、１４ｙ１、１４ｙ２、１４ｙ３ リブ（仕切壁）
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 導電性液体
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ 表示用空間
Ｐ 画素領域
Ｐ１ 有効表示領域
Ｐ２ 非有効表示領域
Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、Ｃｆｂ カラーフィルタ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性液体を移動させることにより、画像や文字などの情報を表示する表示素子、及びこれを用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示素子では、エレクトロウェッティング方式の表示素子に代表されるように、外部電界による導電性液体の移動現象を利用して、情報の表示を行うものが開発され、実用化されている。
【０００３】
具体的にいえば、上記のような従来の表示素子では、例えば下記特許文献１に記載されているように、第１及び第２の電極と、第１及び第２の基板と、これら基板間に形成された表示用空間の内部に封入されるとともに、所定の色に着色された導電性液体としての着色液滴とが設けられている。そして、この従来の表示素子では、着色液滴に対し第１及び第２の電極を介在させて電界印加を行うことにより、着色液滴の形状を変化させて表示面側の表示色を変更するようになっていた。
【０００４】
また、この従来の表示素子では、第１の基板上に、着色液滴に対して電気的に絶縁された状態で、第１及び第２の電極を並設するとともに、これらの第１及び第２の電極と対向するように、第２の基板側に第３の電極を設ける。さらに、第１の電極の上方に遮光用のシェードを設置することにより、第１電極側及び第２の電極側をそれぞれ非有効表示領域側及び有効表示領域側に設定して、第１及び第３の電極間または第２及び第３の電極間に電位差が生じるように電圧印加を行うことが提案されている。そして、この従来の表示素子では、着色液滴の形状を変化させる場合に比べ、着色液滴を第１の電極側または第２の電極側に高速に移動させて、表示面側の表示色も高速に変更可能とされていた。
【特許文献１】特開２００４−２５２４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような従来の表示素子では、第１及び第３の電極間または第２及び第３の電極間に生じる電位差が種々変更されるように、これらの電極に電圧印加を行うことにより、着色液滴（導電性液体）の広がりの大きさを制御して、中間調の明るさを制御可能とされていた。
【０００６】
ところが、上記のような従来の表示素子では、中間調の表示を精度よく行うことができないという問題点があった。具体的にいえば、従来の表示素子では、上記第１〜第３の電極への印加電圧の大きさの変更量に比べて、着色液滴の広がりの大きさの変化量の割合が小さかった。このため、従来の表示素子では、第１〜第３の電極への印加電圧の大きさを変更した場合でも、着色液滴の広がりの大きさを変えることができないことがあり、表示面側での輝度あるいは表示色を多段階に調整することが困難であった。この結果、従来の表示素子では、中間調の表示を精度よく行うことができないことがあった。
【０００７】
上記の課題を鑑み、本発明は、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた電気機器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】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる表示素子は、表示面側に設けられた第１の基板と、所定の表示用空間が前記第１の基板との間に形成されるように、当該第１の基板の非表示面側に設けられた第２の基板と、前記表示用空間に対し、設定された有効表示領域及び非有効表示領域と、前記表示用空間の内部で前記有効表示領域側または前記非有効表示領域側に移動可能に封入された導電性液体とを有する表示ユニットを備えた表示素子であって、
Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の前記表示ユニットが、前記有効表示領域が互いに対向するように、積層され、
前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように構成された表示素子では、上記Ｎ個の表示ユニットが、有効表示領域が互いに対向するように積層されている。また、Ｎ個の各表示ユニットでは、導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されている。これにより、上記従来例と異なり、上記表示面側での輝度あるいは表示色を多段階に調整することを容易に行うことができる。従って、上記従来例と異なり、中間調の表示を精度よく行うことができる。
【００１０】
また、上記表示素子において、前記表示ユニットには、複数の第１の電極が、前記第１及び第２の基板の一方側で所定の配列方向に沿って設けられ、
複数の第２の電極及び複数の第３の電極が、互いに交互に、かつ、前記複数の第１の電極と交差するように、前記第１及び第２の基板の他方側で前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の一方側及び他方側にそれぞれ設けられ、
前記複数の第１の電極は、それぞれ複数の信号電極として用いられ、
前記複数の第２の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の一方の電極として用いられ、かつ、
前記複数の第３の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の他方の電極として用いられ、
前記表示ユニットは、前記複数の基準電極に接続されるとともに、前記複数の各基準電極に対して、所定の基準電圧を印加する基準電圧印加部と、
前記複数の信号電極に接続されるとともに、前記複数の各信号電極に対して、前記表示面側に表示される情報に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
前記複数の走査電極に接続されるとともに、前記基準電圧印加部が前記複数の各基準電極に対して、前記基準電圧を印加しているときに、前記複数の各走査電極に対して、前記導電性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧と、前記導電性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を印加する走査電圧印加部とを備えていることが好ましい。
【００１１】
この場合、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子を構成することができる。
【００１２】
また、上記表示素子において、複数の画素が、前記Ｎ個の表示ユニット単位に設けられ、
前記複数の画素の各画素領域は、前記信号電極と前記走査電極との交差部単位に設けられ、かつ、前記各画素領域では、前記表示用空間が仕切壁にて区切られてもよい。
【００１３】
この場合、表示面側の複数の各画素において導電性液体を移動させることにより、表示面側での表示色を画素単位に変更することができる。
【００１４】
また、上記表示素子において、前記複数の画素が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられてもよい。
【００１５】
この場合、カラー画像表示を行える表示素子を構成することができる。
【００１６】
また、上記表示素子では、前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１つの前記基準電圧印加部及び１つの前記走査電圧印加部が共用されていることが好ましい。
【００１７】
この場合、Ｎ個の表示ユニットにおいて、導電性液体を容易に同期して移動させることが可能となり、基準電圧印加部及び走査電圧印加部での各電圧印加処理を容易なものとしつつ、モアレ現象の発生を確実に防ぐことができる。
【００１８】
また、上記表示素子において、前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体に用いられる着色剤を変更することにより、前記導電性液体によって遮蔽される光の波長域を相異させてもよい。
【００１９】
この場合、各表示ユニットでは導電性液体による光の遮蔽域を確実に相異させることができる。
【００２０】
また、上記表示素子において、前記表示ユニットには、前記有効表示領域側に所定色のカラーフィルタ部が設けられていることが好ましい。
【００２１】
この場合、中間調の再現（表示）範囲をより容易に広げることができる。
【００２２】
また、上記表示素子では、前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１個の前記表示ユニットの前記導電性液体が黒色に着色されてもよい。
【００２３】
この場合、上記１個の表示ユニットをシャッターとして機能させることが可能となり、黒色表示を適切に行うことができる。
【００２４】
また、本発明の電気機器は、文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部を備えた電気機器であって、
前記表示部に、上記いずれかの表示素子を用いたことを特徴とするものである。
【００２５】
上記のように構成された電気機器では、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子が表示部に用いられているので、優れた表示品位を有する表示部を備えた高性能な電気機器を容易に構成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた電気機器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の表示素子及び電気機器の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、カラー画像表示を表示可能な表示部を備えた画像表示装置に本発明を適用した場合を例示して説明する。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図１において、本実施形態の画像表示装置１では、本発明の表示素子１０を用いた表示部が設けられており、この表示部には矩形状の表示面が構成されている。また、表示素子１０では、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂがこの順番で同図１の紙面に垂直な方向に積層されており、１つの画素が積層された表示ユニット１０ａ、１０ｂ単位で設けられるようになっている。また、各表示ユニット１０ａ、１０ｂは、図１の紙面に垂直な方向で互いに重ね合うように配置された上部基板２ａ、２ｂ及び下部基板３ａ、３ｂを備えており、これらの上部基板２ａ、２ｂと下部基板３ａ、３ｂとの各重なり部分によって上記表示面の有効表示領域が形成されている（詳細は後述。）。尚、これらの各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、後述の遮光層、カラーフィルタ層及び導電性液体の構成のみが異なる。
【００２９】
また、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、複数の信号電極４ａ、４ｂが互いに所定の間隔をおいて、かつ、Ｘ方向に沿ってストライプ状に設けられている。また、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、複数の基準電極５ａ、５ｂ及び複数の走査電極６ａ、６ｂが、互いに交互に、かつ、Ｙ方向に沿ってストライプ状に設けられている。これら複数の信号電極４ａ、４ｂと、複数の基準電極５ａ、５ｂ及び複数の走査電極６ａ、６ｂとは、互いに交差するように設けられており、各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、信号電極４ａ、４ｂと走査電極６ａ、６ｂとの交差部単位に、複数の各画素領域が設定されている。
【００３０】
また、これら複数の信号電極４ａ、４ｂ、複数の基準電極５ａ、５ｂ、及び複数の走査電極６ａ、６ｂは、互いに独立して、第１の電圧としてのＨｉｇｈ電圧と、第２の電圧としてのＬｏｗ電圧との間の所定の電圧範囲内の電圧が印加可能に構成されている（詳細は後述。）。
【００３１】
さらに、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、後に詳述するように、上記複数の各画素領域が仕切壁にて区切られており、表示素子１０では、複数の画素が、上記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられている。具体的には、表示素子１０では、例えばＲＧＢの各色の画素が積層された表示ユニット１０ａ、１０ｂ単位で構成されている。そして、表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、マトリクス状に設けられた複数の画素領域毎に、エレクトロウェッティング現象にて後述の導電性液体を移動させることにより、表示素子１０では、対応する画素の表示面側での表示色を変更するようになっている。
【００３２】
また、複数の信号電極４ａ、４ｂ、複数の基準電極５ａ、５ｂ、及び複数の走査電極６ａ、６ｂでは、各々一端部側が表示面の有効表示領域の外側に引き出されて、端子部４ａ１、４ｂ１、５ａ１、５ｂ１、及び６ａ１、６ｂ１が形成されている。
【００３３】
複数の信号電極４ａ、４ｂの各端子部４ａ１、４ｂ１には、配線７ａ１、７ｂ１を介して信号ドライバ７ａ、７ｂが接続されている。各信号ドライバ７ａ、７ｂは、信号電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各信号電極４ａ、４ｂに対して、情報に応じた信号電圧Ｖｇを印加するように構成されている。
【００３４】
複数の基準電極５ａ、５ｂの各端子部５ａ１、５ｂ１には、配線８ａ１、８ｂ１を介して基準ドライバ８ａ、８ｂが接続されている。各基準ドライバ８ａ、８ｂは、基準電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各基準電極５ａ、５ｂに対して、所定の基準電圧Ｖｓを常時印加するように構成されている。
【００３５】
また、複数の走査電極６ａ、６ｂの各端子部６ａ１、６ｂ１には、配線９ａ１、９ｂ１を介して走査ドライバ９ａ、９ｂが接続されている。各走査ドライバ９ａ、９ｂは、走査電圧印加部を構成するものであり、画像表示装置１が文字及び画像を含んだ情報を表示面に表示する場合に、複数の各走査電極６ａ、６ｂに対して、走査電圧Ｖｄを印加するように構成されている。
【００３６】
また、走査ドライバ９ａ、９ｂでは、基準ドライバ８ａ、８ｂが複数の各基準電極５ａ、５ｂに対して基準電圧Ｖｓを印加しているときに、複数の各走査電極６ａ、６ｂに対して、上記導電性液体が移動するのを阻止する非選択電圧と、導電性液体が信号電圧Ｖｇに応じて移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を走査電圧Ｖｄとして印加するようになっている。そして、画像表示装置１では、走査ドライバ９ａ、９ｂが例えば図１の左側から右側の各走査電極６ａ、６ｂに対して、選択電圧を順次印加することにより、ライン毎の走査動作が行われるように構成されている（詳細は後述。）。
【００３７】
また、信号ドライバ７ａ、７ｂ、基準ドライバ８ａ、８ｂ、及び走査ドライバ９ａ、９ｂには、直流電源または交流電源が含まれており、対応する信号電圧Ｖｇ、基準電圧Ｖｓ、及び走査電圧Ｖｄを供給するようになっている。
【００３８】
また、基準ドライバ８ａ、８ｂは、基準電圧Ｖｓの極性を所定の時間（例えば、１フレーム）毎に切り替えるように構成されている。さらに、走査ドライバ９ａ、９ｂは、基準電圧Ｖｓの極性の切り替えに対応して、走査電圧Ｖｄの各極性を切り替えるように構成されている。このように、基準電圧Ｖｓ及び走査電圧Ｖｄの各極性が所定の時間毎に切り替えられるので、基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂに対して常時同じ極性の電圧を印加するときに比べて、これらの基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂでの電荷の局在化を防ぐことができる。さらに、電荷の局在化に起因する表示不良（残像現象）や信頼性（寿命低下）の悪影響を防止することができる。
【００３９】
ここで、図２〜図４も参照して、表示素子１０の画素構造について具体的に説明する。
【００４０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１に示した１層目及び２層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図３は非表示面側から見た場合における、上記１層目及び２層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図であり、図４は上記表示素子の要部構成を示す断面図である。なお、図２及び図３では、図面の簡略化のために、上記表示面に設けられた複数の画素のうち、図１の左上端部に配設された１２個の画素を図示している。
【００４１】
図２〜図４において、表示ユニット１０ａ、１０ｂは、表示面側に設けられた第１の基板としての上記上部基板２ａ、２ｂと、上部基板２ａ、２ｂの背面側（非表示面側）に設けられた第２の基板としての上記下部基板３ａ、３ｂとを備えている。また、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、上部基板２ａ、２ｂと下部基板３ａ、３ｂが互いに所定の間隔をおいて配置されることにより、これら上部基板２ａ、３ｂ及び下部基板３ａ、３ｂの間に所定の表示用空間Ｓａ、Ｓｂが形成されている。また、この表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部には、上記導電性液体１６ａ、１６ｂ及びこの導電性液体１６ａ、１６ｂと混じり合わない絶縁性のオイル１７ａ、１７ｂが当該表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部で上記Ｘ方向（図４の左右方向）に移動可能に封入されており、導電性液体１６ａ、１６ｂは後述の有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動できるようになっている。
【００４２】
導電性液体１６ａ、１６ｂには、例えば溶媒としての水と、溶質としての所定の電解質を含んだ水溶液が用いられている。具体的には、例えば１ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）の水溶液が導電性液体１６ａ、１６ｂに用いられている。また、これらの導電性液体１６ａ、１６ｂでは、当該導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される光の波長域が互いに異なるように構成されている。言い換えれば、導電性液体１６ａ、１６ｂでは、当該導電性液体１６ａ、１６ｂによって通過を許容される光の波長域（透過波長域）が互いに異なるように構成されている。
【００４３】
具体的にいえば、図４に例示する赤色の画素では、１層目（上側）の表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａには、顔料や染料などの着色剤によって赤色に着色されたものが使用されている。一方、２層目（下側）の表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂには、上記着色剤によって黒色に着色されたものが使用されている。尚、緑色及び青色の画素では、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａには、上記着色剤によって緑色及び青色に着色されたものがそれぞれ使用され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂには、上記着色剤によって黒色に着色されたものが使用されている。
【００４４】
上記のように、導電性液体１６ａは、ＲＧＢのいずれかの色に着色されており、着色された色の波長域の光が通過するのを許容する。一方、導電性液体１６ｂは、黒色に着色されているので、当該導電性液体１６ｂは、各画素において、光の透過を許容または阻止するシャッターとして機能するようになっている。すなわち、表示素子１０の各画素では、後に詳述するように、導電性液体１６ｂが表示用空間Ｓｂの内部を基準電極５側（有効表示領域Ｐ１側）または走査電極６側（非有効表示領域Ｐ２側）にスライド移動することによって表示色が黒色またはＲＧＢのいずれかの色に変更されるよう構成されている。
【００４５】
また、オイル１７ａ、１７ｂには、例えば側鎖高級アルコール、側鎖高級脂肪酸、アルカン炭化水素、シリコーンオイル、マッチングオイルから選択された１種または複数種からなる無極性で、かつ、無色透明なオイルが用いられている。また、このオイル１７ａ、１７ｂは、導電性液体１６ａ、１６７ｂのスライド移動に伴って、表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部を移動するようになっている。
【００４６】
上部基板２ａ、２ｂには、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、上部基板２ａの非表示面側の表面には、遮光層１１及び撥水膜１２ａが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ａが撥水膜１２ａ上に設けられている。また、上部基板２ｂの非表示面側の表面には、カラーフィルタ層Ｃｆ及び撥水膜１２ｂが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ｂが撥水膜１２ｂ上に設けられている。
【００４７】
また、下部基板３ａ、３ｂには、上部基板２ａ、２ｂと同様に、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、下部基板３ａ、３ｂの表示面側の表面には、第２の電極としての上記基準電極５ａ、５ｂ及び第３の電極としての上記走査電極６ａ、６ｂが設けられており、さらに、これらの基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂを覆うように、誘電体層１３ａ、１３ｂが形成されている。また、誘電体層１３ａの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ１及び１４ｘ１が設けられている。同様に、誘電体層１３ｂの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ２及び１４ｘ２が設けられている。
【００４８】
また、下部基板３ａでは、誘電体層１３ａ、リブ１４ｘ１、及び１４ｙ１を覆うように、撥水膜１５ａが設けられ、下部基板３ｂでは、誘電体層１３ｂ、リブ１４ｘ２、及び１４ｙ２を覆うように、撥水膜１５ｂが設けられている。
【００４９】
また、下部基板３ｂの背面側（非表示面側）には、例えば白色の照明光を発光するバックライト１８が一体的に組み付けられており、透過型の表示素子１０が構成されている。このように、バックライト１８が用いられているので、本実施形態の表示素子１０では、外光が不十分な場合や夜間などでも、適切な表示動作を行うことができる。また、本実施形態では、調光範囲が大きく、かつ、高精度な階調制御を簡単に行える高輝度な表示素子１０を容易に構成することができる。
【００５０】
また、表示ユニット１０ａ側の遮光層１１には、図２（ａ）に示すように、透明な樹脂を用いた透明部１１ｔと、遮光膜としてのブラックマトリクス部１１ｓとが設けられている。また、表示ユニット１０ｂ側のカラーフィルタ（Color Filter）層Ｃｆには、図２（ｂ）に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂと、遮光膜としてのブラックマトリクス部Ｃｆｓとが設けられており、ＲＧＢの各色の画素を構成するようになっている。つまり、カラーフィルタ層Ｃｆでは、図２（ｂ）に例示するように、ＲＧＢのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、ＣｆｂがＸ方向に沿って順次設けられるとともに、各々４つのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、ＣｆｂがＹ方向に沿って設けられており、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ３個及び４個、合計１２個の画素が表示ユニット１０ａ、１０ｂ単位に配設されている。
【００５１】
具体的には、表示ユニット１０ａでは、図２（ａ）に示すように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所に透明部１１ｔが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部１１ｓが設けられている。すなわち、表示ユニット１０ａでは、上記表示用空間Ｓａに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）１１ｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部１１ｓに形成された開口部（つまり、透明部１１ｔ）によって有効表示領域Ｐ１が設定されている。
【００５２】
一方、表示ユニット１０ｂでは、図２（ｂ）に示すように、各画素領域Ｐにおいて、画素の有効表示領域Ｐ１に対応する箇所にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂが設けられ、非有効表示領域Ｐ２に対応する箇所にブラックマトリクス部Ｃｆｓが設けられている。すなわち、表示ユニット１０ｂでは、上記表示用空間Ｓｂに対し、ブラックマトリクス部（遮光膜）Ｃｆｓによって非有効表示領域Ｐ２（非開口部）が設定され、そのブラックマトリクス部Ｃｆｓに形成された開口部（つまり、いずれかのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂ）によって有効表示領域Ｐ１が設定されている。尚、カラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂでは、所定のカラーフィルタ特性、すなわち当該カラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂによって通過を許容される光の波長域（透過波長域）のものが各々用いられている。
【００５３】
さらに、表示素子１０では、表示ユニット１０ａ、１０ｂは、有効表示領域Ｐ１どうしが画像表示装置１の表示面に垂直な方向で、互いに対向するように、積層されている。つまり、表示素子１０では、ＲＧＢの各画素において、表示ユニット１０ａ側の透明部１１ｔと、表示ユニット１０ｂ側のいずれかのカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、及びＣｆｂとが、上記垂直な方向で互いに重なり合うように、設けられている。
【００５４】
また、表示素子１０では、透明部１１ｔ及びカラーフィルタ部Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、Ｃｆｂの各面積は、有効表示領域Ｐ１の面積に対し、同一または若干大きい値が選択されている。一方、ブラックマトリクス部１１ｓ、Ｃｆの各面積は、非有効表示領域Ｐ２の面積に対し、同一または若干小さい値が選択されている。なお、図２では、隣接する画素の境界部を明確にするために、隣接する画素に応じた２つのブラックマトリクス部Ｃｆｓまたは１１ｓ間の境界線を点線にて示しているが、実際の遮光層１１またはカラーフィルタ層Ｃｆでは、ブラックマトリクス部Ｃｆｓまたは１１ｓ間の境界線は存在しない。
【００５５】
また、表示ユニット１０ａでは、上記仕切壁としてのリブ１４ｘ１、１４ｙ１により表示用空間Ｓａが画素領域Ｐ単位に区切られている。つまり、表示ユニット１０ａでは、各画素の表示用空間Ｓａは、図３に例示するように、互いに対向する２つのリブ１４ｘ１と、互いに対向する２つのリブ１４ｙ１とによって区画されている。言い換えれば、互いに対向する２つのリブ１４ｘ１によって画素領域Ｐ（図２）のＹ方向での寸法が規定され、互いに対向する２つのリブ１４ｙ１によって画素領域ＰのＸ方向での寸法が規定されている。
【００５６】
同様に、表示ユニット１０ｂでは、上記仕切壁としてのリブ１４ｘ２、１４ｙ２により表示用空間Ｓｂが画素領域Ｐ単位に区切られている。つまり、表示ユニット１０ｂでは、各画素の表示用空間Ｓｂは、図３に例示するように、互いに対向する２つのリブ１４ｘ２と、互いに対向する２つのリブ１４ｙ２とによって区画されている。言い換えれば、互いに対向する２つのリブ１４ｘ２によって画素領域Ｐ（図２）のＹ方向での寸法が規定され、互いに対向する２つのリブ１４ｙ２によって画素領域ＰのＸ方向での寸法が規定されている。
【００５７】
さらに、表示ユニット１０ａでは、リブ１４ｘ１、１４ｙ１によって導電性液体１６ａが隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｓａの内部に流入するのが防がれている。同様に、表示ユニット１０ｂでは、リブ１４ｘ２、１４ｙ２によって導電性液体１６ｂが隣接する画素領域Ｐの表示用空間Ｓｂの内部に流入するのが防がれている。すなわち、リブ１４ｘ１、１４ｙ１、１４ｘ２、１４ｙ２には、例えば光硬化性樹脂が用いられており、これらのリブ１４ｘ１、１４ｙ１、１４ｘ２、１４ｙ２では、隣接する画素間で対応する導電性液体１６ａ、１６ｂの流入出が防止されるように、誘電体層１３ａ、１３ｂからの突出高さが決定されている。
【００５８】
尚、上記の説明以外に、リブ１４ｘ１、１４ｙ１、１４ｘ２、１４ｙ２に代えて、例えば下部基板３ａ、３ｂ上で枠状に構成されたリブを画素単位に設けてもよい。また、隣接する画素領域Ｐどうしが気密に区切られるように、上記枠状に構成されたリブの先端部を上部基板２ａ、２ｂ側に密接させてもよい。このようにリブの先端部を上部基板２ａ、２ｂ側に密接させた場合には、当該リブを貫通するように信号電極４ａ、４ｂを設けることで表示用空間Ｓａ、Ｓｂの内部に信号電極４ａ、４ｂを設置すればよい。
【００５９】
撥水膜１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂには、透明な合成樹脂、好ましくは電圧印加時に対応する導電性液体１６ａ、１６ｂに対し親水層となる、例えば厚さ６０ｎｍのフッ素系樹脂が使用されている。これにより、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、上部基板２ａ、２ｂ及び下部基板３ａ、３ｂの表示用空間Ｓａ、Ｓｂ側の各表面側での導電性液体１６ａ、１６ｂとの間の濡れ性（接触角）を大きく変化させることができ、導電性液体１６ａ、１６ｂの移動速度の高速化を図ることができる。また、誘電体層１３ａ、１３ｂは、例えばパリレンや窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、あるいは酸化アルミニウムを含有した透明な誘電体膜によって構成されている。
【００６０】
基準電極５ａ、５ｂ及び走査電極６ａ、６ｂには、酸化インジウム系（ＩＴＯ）、酸化スズ系（ＳｎＯ2）、または酸化亜鉛系（ＡＺＯ、ＧＺＯ、あるいはＩＺＯ）などの透明な電極材料が用いられている。これらの各基準電極５ａ、５ｂ及び各走査電極６ａ、６ｂは、スパッタ法等の公知の成膜方法により、例えば厚さ１００ｎｍで下部基板３ａ、３ｂ上に帯状に形成されている。
【００６１】
信号電極４ａ、４ｂには、Ｘ方向に平行となるように配置された線状配線が用いられている。また、信号電極４ａ、４ｂは、撥水膜１２ａ、１２ｂ上で、各画素領域ＰのＹ方向でのほぼ中心部を通るように設置されており、導電性液体１６ａ、１６ｂを挿通して、当該導電性液体１６ａ、１６ｂに直接的に接触するように構成されている。これにより、表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、表示動作時での導電性液体１６ａ、１６ｂの応答性の向上が図られている。
【００６２】
また、この信号電極４ａ、４ｂには、導電性液体１６ａ、１６ｂに対して電気化学的に不活性な材料が使用されており、当該信号電極４ａ、４ｂに上記信号電圧Ｖｇ（例えば、４０Ｖ）が印加されたときでも、導電性液体１６ａ、１６ｂと電気化学反応を極力生じないように構成されている。これにより、信号電極４ａ、４ｂの電気分解の発生を防いで、表示素子１０の信頼性及び寿命を向上させることができる。
【００６３】
具体的にいえば、信号電極４ａ、４ｂには、金、銀、銅、白金、及びパラジウムの少なくとも一つを含んだ電極材料が用いられており、スクリーン印刷法などによって上部基板２ａ、２ｂ側に設けられている。また、信号電極４ａ、４ｂでは、その形状が画素の有効表示領域Ｐ１の下方に設けられた基準電極５ａ、５ｂの透過率を用いて、定められている。
【００６４】
ここで、図５〜図７も参照して、上記のように構成された本実施形態の画像表示装置１の表示動作について具体的に説明する。
【００６５】
図５は、上記表示ユニットでの動作例を説明する図である。図６は上記表示素子の動作例を説明する断面図であり、図７は上記表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【００６６】
まず、図５を用いて、各表示ユニット１０ａ、１０ｂの基本的な動作（走査動作）について説明する。なお、以下の説明では、表示ユニット１０ａ、１０ｂの走査動作は同じ動作原理によって行われるため、表示ユニット１０ａの走査動作を例示して説明する（後掲の表示ユニット１０ｃでも同様。）。また、図５では、有効表示領域側及び非有効表示領域側のことを、それぞれ有効側及び非有効側と略記している。
【００６７】
図５において、基準ドライバ８ａは、全ての各基準電極５ａに対して、常にＨｉｇｈ電圧（第１の電圧）を基準電圧Ｖｓとして印加する。また、走査ドライバ９ａは、例えば同図の左側から右側に向かう所定の走査方向で、走査電極６ａに対して、走査電圧Ｖｄとして上記選択電圧を順次印加する。具体的には、走査ドライバ９ａは、走査電極６ａに対して、選択電圧としてＬｏｗ電圧（第２の電圧）を順次印加して選択ラインとする走査動作を行う。この選択ラインでは、信号ドライバ７ａは外部からの画像入力信号に応じて、対応する信号電極４ａに対して、Ｈｉｇｈ電圧またはＬｏｗ電圧を信号電圧Ｖｇとして印加する。これにより、選択ラインの各画素では、導電性液体１６ａが有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動され、さらには表示面側の表示色や階調が変更される（詳細は後述。）。
【００６８】
また、走査ドライバ９ａは、Ｌｏｗ電圧が印加されない残りの全ての走査電極６ａに対してＨｉｇｈ電圧を上記非選択電圧として印加して、非選択ラインとする。これにより、非選択ラインの各画素では、導電性液体１６ａが有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側で静止される。
【００６９】
上記のような表示動作を行う場合、基準電極５ａ、走査電極６ａ、及び信号電極４ａへの印加電圧の組み合わせは、表１に示されるものとなる。さらに、導電性液体１６ａの挙動は、表１に示すように、印加電圧に応じたものとなる。なお、表１では、Ｈｉｇｈ電圧、及びＬｏｗ電圧をそれぞれ"Ｈ"、及び"Ｌ"にて略記している（後掲の表２でも同様。）。
【００７０】
【表１】
【００７１】
＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＨｉｇｈ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、共にＨｉｇｈ電圧が印加されているので、これらの基準電極５ａと信号電極４ａとの間には、電位差が生じていない。一方、信号電極４ａと走査電極６ａとの間では、走査電極６ａに対して、Ｌｏｗ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。このため、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている走査電極６ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、オイル１７ａを基準電極５ａ側に移動させる。
【００７２】
一方、選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＬｏｗ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、電位差が生じ、信号電極４ａと走査電極６ａとの間には、電位差が生じていない。従って、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている基準電極５ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４とは反対に、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１７ａを走査電極６ａ側に移動させる。
【００７３】
＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＨｉｇｈ電圧が印加されているときでは、信号電極４ａ、基準電極５ａ、及び走査電極６ａの全ての電極がＨｉｇｈ電圧となり、これらの電極間には電位差が生じていない。それ故、導電性液体１６ａは現状の位置、すなわち基準電極５ａ側または走査電極６ａ側から移動せずに、静止した状態で維持される。
【００７４】
同様に、非選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＬｏｗ電圧が印加されているときでも、導電性液体１６ａは現状の位置に静止した状態で維持される。すなわち、基準電極５ａ及び走査電極６ａの双方に対して、Ｈｉｇｈ電圧が印加されているので、基準電極５ａと信号電極４ａとの間の電位差及び走査電極６ａと信号電極４ａとの間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。
【００７５】
また、基準電極５ａ、走査電極６ａ、及び信号電極４ａへの印加電圧の組み合わせは、表１に限定されるものではなく、表２に示すものでもよい。
【００７６】
【表２】
【００７７】
すなわち、基準電極５ａには、基準ドライバ８ａから常にＬｏｗ電圧（第２の電圧）を基準電圧Ｖｓとして印加する。走査電極６ａには、走査ドライバ９ａにより図１の左側から順次1本ずつＨｉｇｈ電圧（第１の電圧）を上記選択電圧として印加して選択ラインとする走査動作を行う。また、走査ドライバ９ａは、Ｈｉｇｈ電圧が印加されない残りの全ての走査電極６ａに対してＬｏｗ電圧を上記非選択電圧として印加して、非選択ラインとする。信号電極４ａには、信号ドライバ７ａにより外部からの画像入力信号に応じて、Ｈｉｇｈ電圧またはＬｏｗ電圧を信号電圧Ｖｇとして印加する。
【００７８】
＜選択ラインでの動作＞
選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＬｏｗ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、共にＬｏｗ電圧が印加されているので、これらの基準電極５ａと信号電極４ａとの間には、電位差が生じていない。一方、信号電極４ａと走査電極６ａとの間では、走査電極６ａに対して、Ｈｉｇｈ電圧が印加されているので、電位差が生じている状態となる。従って、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている走査電極６ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４に例示したように、非有効表示領域Ｐ２側に移動した状態となり、オイル１７ａを基準電極５側に移動させる。
【００７９】
一方、選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＨｉｇｈ電圧が印加されているときでは、基準電極５ａと信号電極４ａとの間では、電位差が生じ、信号電極４ａと走査電極６ａとの間には、電位差が生じていない。従って、導電性液体１６ａは、信号電極４ａに対して、電位差が生じている基準電極５ａ側に表示用空間Ｓａの内部を移動する。この結果、導電性液体１６ａは、図４とは反対に、有効表示領域Ｐ１側に移動した状態となり、オイル１７ａを走査電極６ａ側に移動させる。
【００８０】
＜非選択ラインでの動作＞
非選択ラインでは、信号電極４ａに対して例えばＬｏｗ電圧が印加されているときでは、信号電極４、基準電極５ａ、及び走査電極６ａの全ての電極がＬｏｗ電圧となり、これらの電極間には電位差が生じていない。それ故、導電性液体１６ａは現状の位置、すなわち基準電極５ａ側または走査電極６ａ側から移動せずに、静止した状態で維持される。
【００８１】
同様に、非選択ラインにおいて、信号電極４ａに対してＨｉｇｈ電圧が印加されているときでも、導電性液体１６ａは現状の位置に静止した状態で維持される。すなわち、基準電極５ａ及び走査電極６ａの双方に対して、Ｌｏｗ電圧が印加されているので、基準電極５ａと信号電極４ａとの間の電位差及び走査電極６ａと信号電極４ａとの間の電位差は、共に同じ電位差が生じるからである。
【００８２】
また、本実施形態の画像表示装置１では、表１及び表２に示した印加電圧の組み合わせ以外に、信号電極４ａへの印加電圧を、Ｈｉｇｈ電圧またはＬｏｗ電圧の２値だけではなく、これらのＨｉｇｈ電圧とＬｏｗ電圧との間の電圧を、表示面側に表示される情報に応じて変化させることもできる。すなわち、画像表示装置１では、信号電圧Ｖｇを制御することにより、階調表示が可能となる。これにより、表示性能に優れた表示素子１０を構成することができる。
【００８３】
次に、図４、図６、及び図７を使用して、本実施形態での階調表示動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、赤色の画素での動作を例示して説明する。また、以下の説明では、説明の簡略化のために、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とが同一である場合を例示して説明する。
【００８４】
図４に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが走査電極６ａ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ｂ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、黒色に着色された導電性液体１６ｂによって遮断される。この結果、照明光がカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのを阻止されて、この赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｂによる黒色表示の状態となる。
【００８５】
また、図６に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ａ、６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、バックライト１８からの照明光はカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのが許容される。そして、この照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び透明部１１ｔを順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒによる赤色表示の状態となる。
【００８６】
また、図７に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ１）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、赤色に着色された導電性液体１６ａの内部を通過する。そして、この照明光は、透明部１１ｔを通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び導電性液体１６ａによる赤色表示の状態となる。
【００８７】
また、図７に示した場合では、図６に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図７に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図６に示した場合に比べて低下する。
【００８８】
以上のように、赤色の画素では、図４、図６、及び図７に示した３階調の階調表示が行われる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、図６に示したように、導電性液体１６ａ、１６ｂが非有効表示領域Ｐ２側に移動して、完全なＲＧＢの色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。
【００８９】
尚、上記の説明以外に、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とを異ならせた場合では、これらの透過波長域を同一にした場合に比べて、外部に出射される光の輝度及び表示色を若干変更することができる（後掲の各実施形態でも同様。）。
【００９０】
以上のように構成された本実施形態の表示素子１０では、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂが、有効表示領域Ｐ１が互いに対向するように積層されている。また、２個の各表示ユニット１０ａ、１０ｂでは、導電性液体１６ａ、１６ｂは当該導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される光の波長域が互いに異なるように構成されている。これにより、本実施形態の表示素子１０では、上記従来例と異なり、図４、図６、及び図７に示したように、表示面側での表示色を３段階の階調に調整することを容易に行うことができる。従って、本実施形態の表示素子１０では、上記従来例と異なり、中間調の表示を精度よく行うことができる。
【００９１】
また、本実施形態の画像表示装置（電気機器）１では、表示素子１０が表示部に用いられているので、優れた表示品位を有する表示部を備えた高性能な画像表示装置を容易に構成することができる。
【００９２】
また、本実施形態の表示素子１０では、各表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、複数の走査電極（第２の電極）５ａ、５ｂ及び複数の基準電極（第３の電極）６ａ、６ｂが、互いに交互に、かつ、複数の信号電極４ａ、４ｂと交差するように、下部基板（第２の基板）３ａ、３ｂ側に設けられている。また、信号ドライバ（信号電圧印加部）７ａ、７ｂ、走査ドライバ（走査電圧印加部）８ａ、８ｂ、及び基準ドライバ（基準電圧印加部）９ａ、９ｂが信号電極４ａ、４ｂ、走査電極５ａ、５ｂ、及び基準電極６ａ、６ｂに対して、信号電圧、走査電圧（選択電圧または非選択電圧）、及び基準電圧を印加するようになっている。これにより、本実施形態では、優れた表示品位を有するマトリクス駆動方式の表示素子を構成することができる。
【００９３】
［第２の実施形態］
図８は本発明の第２の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図であり、図９は図８に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、２個の表示ユニットにおいて、１つの基準電圧印加部及び１つの走査電圧印加部を共用した点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明は省略する。
【００９４】
すなわち、図８に示すように、本実施形態の画像表示装置１では、１つの基準ドライバ（基準電圧印加部）８が表示ユニット１０ａ、１０ｂの基準電極５ａ、５ｂの端子部５ａ１、５ｂ１に対し、配線８ａ１、８ｂ１を介在させて接続されている。また、１つの走査ドライバ（走査電圧印加部）９が表示ユニット１０ａ、１０ｂの走査電極６ａ、６ｂの端子部６ａ１、６ｂ１に対し、配線９ａ１、９ｂ１を介在させて接続されている。そして、本実施形態の画像表示装置１では、上記走査動作が同時に行われる画素単位の表示ユニット１０ａ、１０ｂに対して、１つの基準ドライバ８及び１つの走査ドライバ９を共用している。すなわち、基準ドライバ８は、表示ユニット１０ａ、１０ｂの基準電極５ａ、５ｂに対して、上記基準電圧を同時に印加し、走査ドライバ９は、表示ユニット１０ａ、１０ｂの走査電極６ａ、６ｂに対して、上記走査電圧を同時に印加する。
【００９５】
また、本実施形態では、図９に示すように、２層目の表示ユニット１０ｂにおいて、上部基板２ｂ側に基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを設け、下部基板３ｂ側に信号電極４ｂを設けている。具体的にいえば、上部基板２ｂでは、カラーフィルタ層Ｃｆ上に基準電極５ｂ及び走査電極６ｂが並設され、これらの基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを覆うように、誘電体層１３ｂが形成されている。さらに、上部基板２ｂ側では、誘電体層１３ｂ上にリブ１４ｘ２、１４ｙ２及び撥水膜１５ｂが順次設けられている。一方、下部基板３ｂ側では、表示用空間Ｓｂ側の表面上に撥水膜１２ｂ及び信号電極４ｂが順次設置されている。
【００９６】
以上のように、本実施形態では、２層目の表示ユニット１０ｂにおいて、上部基板２ｂ側に基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを設けることにより、１層目の表示ユニット１０ａにおいて、下部基板３ａ側に設けられた基準電極５ｂ及び走査電極６ｂに対し、当該基準電極５ｂ及び走査電極６ｂを近接して配置することができる。この結果、基準ドライバ８及び走査ドライバ９への配線８ａ１、８ｂ１及び９ａ１、９ｂ１の引き廻し（接続）寸法を短い寸法にすることができ、これらの配線（接続）作業を簡単化することができる。
【００９７】
ここで、図１０及び図１１も参照して、上記のように構成された本実施形態での階調表示動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、赤色の画素での動作を例示して説明する。また、以下の説明では、説明の簡略化のために、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とが同一である場合を例示して説明する。
【００９８】
図１０は図８に示した表示素子の動作例を説明する断面図であり、図１１は図８に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【００９９】
図９に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが走査電極６ａ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ｂ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、黒色に着色された導電性液体１６ｂによって遮断される。この結果、照明光がカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのを阻止されて、この赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｂによる黒色表示の状態となる。
【０１００】
また、図１０に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ａ、６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、バックライト１８からの照明光はカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのが許容される。そして、この照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び透明部１１ｔを順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒによる赤色表示の状態となる。
【０１０１】
また、図１１に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ１）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが走査電極６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、赤色に着色された導電性液体１６ａの内部を通過する。そして、この照明光は、透明部１１ｔを通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び導電性液体１６ａによる赤色表示の状態となる。
【０１０２】
また、図１１に示した場合では、図１０に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１１に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１０に示した場合に比べて低下する。
【０１０３】
以上のように、赤色の画素では、図９、図１０、及び図１１に示した３階調の階調表示が行われる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、図１０に示したように、導電性液体１６ａ、１６ｂが非有効表示領域Ｐ２側に移動して、完全なＲＧＢの色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。
【０１０４】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、１つの基準ドライバ（基準電圧印加部）８及び１つの走査ドライバ（走査電圧印加部）９を共用しているので、２個の表示ユニット１０ａ、１０ｂにおいて、導電性液体１６ａ、１６ｂを容易に同期して移動させることが可能となり、基準ドライバ８及び走査ドライバ９での各電圧印加処理を容易なものとしつつ、モアレ現象の発生を確実に防ぐことができる。
【０１０５】
尚、上記の説明以外に、３層以上の表示ユニットが用いられた表示素子において、１つの基準電圧印加部及び１つの走査電圧印加部を共用する構成でもよい。
【０１０６】
［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、３個の表示ユニットを積層した点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明は省略する。
【０１０７】
すなわち、図１２において、本実施形態の画像表示装置１では、３個の表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃが同図１２の紙面に垂直な方向に積層されており、１つの画素が積層された表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ単位で設けられるようになっている。また、本実施形態では、信号ドライバ７ａ、７ｂ、７ｃが設けられており、表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの信号電極４ａ、４ｂ、４ｃの端子部４ａ１、４ｂ１、４ｃ１に対し、配線７ａ１、７ｂ１、７ｃ１を介在させて接続されている。
【０１０８】
また、本実施形態では、基準ドライバ８ａ、８ｂ、８ｃが設けられており、表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの基準電極５ａ、５ｂ、５ｃの端子部５ａ１、５ｂ１、５ｃ１に対し、配線８ａ１、８ｂ１、８ｃ１を介在させて接続されている。さらに、本実施形態では、走査ドライバ９ａ、９ｂ、９ｃが設けられており、表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの走査電極６ａ、６ｂ、６ｃの端子部６ａ１、６ｂ１、６ｃ１に対し、配線９ａ１、９ｂ１、９ｃ１を介在させて接続されている。
【０１０９】
ここで、図１３〜図１５も参照して、本実施形態の表示素子１０の画素構造について具体的に説明する。
【０１１０】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１２に示した１層目と２層目の各表示ユニット及び３層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１４は、非表示面側から見た場合における、上記１層目、２層目、及び３層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。図１５は、図１２に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。
【０１１１】
図１３〜図１５において、表示ユニット１０ｃは、表示ユニット１０ａ、１０ｂと同様に、表示面側に設けられた第１の基板としての上記上部基板２ｃと、上部基板２ｃの背面側（非表示面側）に設けられた第２の基板としての上記下部基板３ｃとを備えている。また、表示ユニット１０ｃでは、上部基板２ｃと下部基板３ｃが互いに所定の間隔をおいて配置されることにより、これら上部基板２ｃ及び下部基板３ｃの間に所定の表示用空間Ｓｃが形成されている。また、この表示用空間Ｓｃの内部には、導電性液体１６ｃとこの導電性液体１６ｃと混じり合わない絶縁性のオイル１７ｃが当該表示用空間Ｓｃの内部で上記Ｘ方向（図１５の左右方向）に移動可能に封入されており、導電性液体１６ｃは、導電性液体１６ａ、１６ｂと同様に、有効表示領域Ｐ１側または非有効表示領域Ｐ２側に移動できるようになっている。
【０１１２】
導電性液体１６ｃには、導電性液体１６ａ、１６ｂと同様に、例えば１ｍｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム（ＫＣｌ）の水溶液が用いられている。これらの導電性液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃでは、当該導電性液体１６ｃによって遮蔽される光の波長域が、導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される波長域とは、異なるように構成されている。一方、導電性液体１６ａ、１６ｂでは、これらの導電性液体１６ａ、１６ｂによって遮蔽される波長域は同じでもよい。
【０１１３】
具体的にいえば、本実施形態では、１層目（上側）及び２層目（中央）の表示ユニット１０ａ、１０ｂの導電性液体１６ａ、１６ｂには、顔料や染料などの着色剤によってＲＧＢのいずれかの色に着色されたものが使用されている。一方、３層目（下側）の表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃには、上記着色剤によって黒色に着色されたものが使用されており、当該導電性液体１６ｃは、各画素において、光の透過を許容または阻止するシャッターとして機能するようになっている。
【０１１４】
また、オイル１７ｃには、オイル１７ａ、１７ｂと同様なものが用いられており、導電性液体１７ｃのスライド移動に伴って、表示用空間Ｓｃの内部を移動するようになっている。
【０１１５】
上部基板２ａ、２ｂには、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、上部基板２ａ、２ｂの非表示面側の表面には、遮光層１１ａ、１１ｂ及び撥水膜１２ａ、１２ｂが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ａ、４ｂが撥水膜１２ａ、１２ｂ上に設けられている。また、上部基板２ｃの非表示面側の表面には、カラーフィルタ層Ｃｆ及び撥水膜１２ｃが順次形成されており、さらには第１の電極としての上記信号電極４ｃが撥水膜１２ｃ上に設けられている。
【０１１６】
また、下部基板３ａ、３ｂ、３ｃには、上部基板２ａ、２ｂ、２ｃと同様に、無アルカリガラス基板などの透明なガラス材またはアクリル系樹脂などの透明な合成樹脂等の透明な透明シート材が用いられている。また、下部基板３ａ、３ｂ、３ｃの表示面側の表面には、第２の電極としての上記基準電極５ａ、５ｂ、５ｃ及び第３の電極としての上記走査電極６ａ、６ｂ、６ｃが設けられており、さらに、これらの基準電極５ａ、５ｂ、５ｃ及び走査電極６ａ、６ｂ、６ｃを覆うように、誘電体層１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている。また、誘電体層１３ａの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ１及び１４ｘ１が設けられている。同様に、誘電体層１３ｂの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ２及び１４ｘ２が設けられている。同様に、誘電体層１３ｃの表示面側の表面には、Ｙ方向及びＸ方向にそれぞれ平行となるように設けられたリブ１４ｙ３及び１４ｘ３が設けられている。
【０１１７】
また、下部基板３ａでは、誘電体層１３ａ、リブ１４ｘ１、及び１４ｙ１を覆うように、撥水膜１５ａが設けられ、下部基板３ｂでは、誘電体層１３ｂ、リブ１４ｘ２、及び１４ｙ２を覆うように、撥水膜１５ｂが設けられている。同様に、下部基板３ｃでは、誘電体層１３ｃ、リブ１４ｘ３、及び１４ｙ３を覆うように、撥水膜１５ｃが設けられている。
【０１１８】
また、下部基板３ｃの背面側（非表示面側）には、例えば白色の照明光を発光するバックライト１８が一体的に組み付けられており、透過型の表示素子１０が構成されている。そして、本実施形態では、上記実施形態と同様に、外光が不十分な場合や夜間などでも、適切な表示動作を行うことができるとともに、調光範囲が大きく、かつ、高精度な階調制御を簡単に行える高輝度な表示素子１０を容易に構成することができる。
【０１１９】
また、表示ユニット１０ｃでは、表示ユニット１０ａ、１０ｂと同様に、表１または表２に示した電圧印加が行われることにより、上記走査動作が行われるようになっている。
【０１２０】
ここで、図１６〜図１９も参照して、上記のように構成された本実施形態での階調表示動作について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、赤色の画素での動作を例示して説明する。また、以下の説明では、説明の簡略化のために、導電性液体１６ａの透過波長域とカラーフィルタ部Ｃｆｒの透過波長域とが同一である場合を例示して説明する。
【０１２１】
図１６は図１２に示した表示素子の動作例を説明する断面図であり、図１７は図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。図１８は図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図であり、図１９は図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【０１２２】
図１５に示すように、表示ユニット１０ａ、１０ｂの導電性液体１６ａ、１６ｂが走査電極６ａ、６ｂ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが基準電極５ｃ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、黒色に着色された導電性液体１６ｃによって遮断される。この結果、照明光がカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのを阻止されて、この赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｃによる黒色表示の状態となる。
【０１２３】
また、図１６に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂ、及び表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ａ、６ｂ、６ｃ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、バックライト１８からの照明光はカラーフィルタ部Ｃｆｒに達するのが許容される。そして、この照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び透明部１１ｔ２、１１ｔ１を順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒによる赤色表示の状態となる。
【０１２４】
また、図１７に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ａ、６ｃ（非有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、赤色に着色された導電性液体１６ｂの内部を通過する。その後、この照明光は、透明部１１ｔ２、１１ｔ１を順次通過し、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ及び導電性液体１６ｂによる赤色表示の状態となる。
【０１２５】
また、図１７に示した場合では、図１６に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ｂの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１７に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ｂによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１６に示した場合に比べて低下する。
【０１２６】
また、図１８に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａ及び表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂが基準電極５ａ、５ｂ（有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ｃ（非有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、導電性液体１６ｂの内部を通過する。その後、この照明光は、透明部１１ｔ２を通過し、さらには、赤色に着色された導電性液体１６ａの内部及び透明部１１ｔ１を順次通過した後、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ、及び導電性液体１６ａ、１６ｂによる赤色表示の状態となる。
【０１２７】
また、図１８に示した場合では、図１７に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１８に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１７に示した場合に比べて低下する。
【０１２８】
また、図１９に示すように、表示ユニット１０ａの導電性液体１６ａが基準電極５ａ（有効表示領域Ｐ２）側に移動され、表示ユニット１０ｂの導電性液体１６ｂ及び表示ユニット１０ｃの導電性液体１６ｃが走査電極６ｂ、６ｃ（非有効表示領域Ｐ１）側に移動されると、バックライト１８からの照明光は、カラーフィルタ部Ｃｆｒを経た後、透明部１１ｔ２を通過する。その後、この照明光は、導電性液体１６ａの内部及び透明部１１ｔ１を順次通過した後、外部に出射される。この結果、この赤色の画素での表示面側の表示色は、カラーフィルタ部Ｃｆｒ、及び導電性液体１６ａによる赤色表示の状態となる。
【０１２９】
また、図１９に示した場合では、図１６に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、導電性液体１６ａの内部を通過した分だけ、輝度の低下を生じた暗い赤色表示の状態となる。すなわち、図１９に示した場合では、照明光の一部が導電性液体１６ａによって吸収された状態となり、外部に出射される赤色光の光量が図１６に示した場合に比べて低下する。
【０１３０】
また、この図１９に示した場合では、導電性液体１６ａの透過波長域と導電性液体１６ｂの透過波長域とが互いに異なる場合、図１７に示した場合に比べて、赤色の画素での表示面側の表示色は、明るい赤色表示の状態となる。尚、導電性液体１６ａの透過波長域が導電性液体１６ｂのものと同じ場合、赤色の画素での表示面側の表示色は、図１７に示した場合と同じとなる。
【０１３１】
以上のように、赤色の画素では、図１５〜図１９に示した５階調の階調表示が行われる。また、画像表示装置１では、隣接するＲＧＢの３つの全画素において、図１６に示したように、導電性液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃが非有効表示領域Ｐ２側に移動して、完全なＲＧＢの色表示が行われたときに、当該ＲＧＢの画素からの赤色光、緑色光、及び青色光が白色光に混色して、白色表示が行われる。
【０１３２】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、３個の表示ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、有効表示領域Ｐ１が互いに対向するように積層されているので、図１５〜図１９に示したように、表示面側での表示色を５段階の階調に調整することを容易に行うことができる。
【０１３３】
尚、上記の実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１３４】
例えば、上記の説明では、カラー画像表示を表示可能な表示部を備えた画像表示装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部が設けられた電気機器であれば何等限定されるものではなく、例えば電子手帳等のＰＤＡなどの携帯情報端末、パソコンやテレビなどに付随する表示装置、あるいは電子ペーパーその他、各種表示部を備えた電気機器に好適に用いることができる。
【０１３５】
また、上記の説明では、導電性液体への電界印加に応じて、当該導電性液体を移動させるエレクトロウェッティング方式の表示素子を構成した場合について説明したが、本発明の表示素子は、これに限定されるものではなく、外部電界を利用して、表示用空間の内部で導電性液体を動作させることにより、表示面側の表示色を変更可能な電界誘導型の表示素子であれば何等限定されるものではなく、電気浸透方式、電気泳動方式、誘電泳動方式などの他の方式の電界誘導型表示素子に適用することができる。
【０１３６】
但し、上記各実施形態のように、エレクトロウェッティング方式の表示素子を構成する場合の方が、導電性液体を低い駆動電圧で高速に移動させることが可能となる。しかも、３つの電極を設けて、導電性液体をスライド移動させているので、導電性液体の形状を変化させるものに比べて、表示面側の表示色の切換速度の高速化及び省力化を容易に図ることができる。それ故、動画表示を容易に行うことが可能で、表示性能に優れた表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。また、エレクトロウェッティング方式の表示素子では、導電性液体の移動に応じて表示色が変更されるので、液晶表示装置等と異なり、視野角依存性がない点でも好ましい。さらには、画素毎にスイッチング素子を設ける必要がないので、構造簡単で高性能なマトリクス駆動方式の表示素子を低コストで構成できる点でも好ましい。しかも、液晶層などの複屈折材料を用いていないので、情報表示に使用される、バックライトからの光や外光の光利用効率に優れた高輝度な表示素子を容易に構成できる点でも好ましい。
【０１３７】
また、上記の説明では、バックライトを備えた透過型の表示素子を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、拡散反射板などの光反射部を有する反射型や、前記光反射部とバックライトとを併用した半透過型の表示素子にも適用することができる。
【０１３８】
また、上記の説明では、２個または３個の表示ユニットを用いた場合について説明したが、本発明は、有効表示領域が互いに対向するように、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の表示ユニットを積層したものであればよい。
【０１３９】
また、上記の説明では、最下層に設置された表示ユニットにおいて、黒色に着色された導電性液体及びカラーフィルタ層を用いた場合について説明したが、本発明はＮ個の各表示ユニットにおいて、導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されているものであれば、導電性液体の構成やカラーフィルタ層の有無や設置箇所などは上記のものに何等限定されない。例えば、Ｎ個の各表示ユニットにおいて、導電性液体の透過率を互いに相異させる構成でもよい。
【０１４０】
但し、上記の各実施形態のように、少なくとも１個の表示ユニットに黒色に着色された導電性液体を用いる場合の方が、当該表示ユニットをシャッターとして機能させることが可能となり、黒色表示を適切に行うことができる点で好ましい。
【０１４１】
また、上記の各実施形態のように、少なくとも１個の表示ユニットに所定色に着色されたカラーフィルタ部を設ける場合の方が、中間調の再現（表示）範囲をより容易に広げることができる点で好ましい。
【０１４２】
また、上記の各実施形態のように、複数の各表示ユニットにおいて、導電性液体に用いられる着色剤を変更することにより、導電性液体によって遮蔽される光の波長域を相異させる場合の方が、導電性液体による光の遮蔽域を確実に相異させることができる点で好ましい。
【０１４３】
また、上記の説明では、ＲＧＢの各色の画素を表示面側に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の画素領域が、表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられているものであればよい。具体的には、ＲＧＢ、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）のＣＭＹ、またはＲＧＢＹＣなどに着色された複数色の導電性液体を用いることもできる。
【０１４４】
また、上記の説明では、２個または３個の表示ユニット単位に複数の各画素を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば隣接する２つの３個の表示ユニット単位に画素を構成してもよい。すなわち、２つの各３個の表示ユニットをサブ画素（サブピクセル）として構成してもよい。
【０１４５】
また、上記の説明では、基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を有効表示領域側及び非有効表示領域側にそれぞれ設置した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の電極及び第３の電極を非有効表示領域側及び有効表示領域側にそれぞれ設置してもよい。
【０１４６】
また、上記の説明では、基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を下部基板（第２の基板）の表示面側の表面に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁材料からなる上記第２の基板の内部に埋設した第２及び第３の電極を用いることもできる。このように構成した場合には、第２の基板を誘電体層として兼用させることができ、当該誘電体層の設置を省略することができる。さらに、誘電体層を兼用した第１及び第２の基板上に第１の電極を直接的に設け、表示用空間の内部に当該第１の電極を設置する構成でもよい。
【０１４７】
また、上記の説明では、透明な電極材料を用いて基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を構成した場合について説明したが、本発明は第２及び第３の電極のうち、画素の有効表示領域に対向するように設置される一方の電極だけを透明な電極材料によって構成すればよく、有効表示領域に対向されない他方の電極には、アルミニウム、銀、クロム、その他の金属などの不透明な電極材料を使用することができる。
【０１４８】
また、上記の説明では、帯状の基準電極（第２の電極）及び走査電極（第３の電極）を用いた場合について説明したが、本発明の第２及び第３の電極の各形状はこれに何等限定されない。例えば透過型に比べて、情報表示に用いられる光の利用効率が低下する反射型の表示素子では、線状や網状などの光ロスが生じ難い形状としてもよい。
【０１４９】
また、上記の説明では、信号電極（第１の電極）に線状配線を用いた場合について説明したが、本発明の第１の電極はこれに限定されるものではなく、網状配線などの他の形状に形成された配線も使用することができる。
【０１５０】
但し、上記の各実施形態のように、透明な透明電極が用いられた第２及び第３の電極の透過率を用いて、第１の電極の形状を定める場合の方が、不透明な材料を使用して第１の電極を構成したときでも、当該第１の電極の影が表示面側に現れるのを防ぐことができ、表示品位が低下するのを抑えることができる点で好ましく、さらには線状配線を用いた場合には、上記表示品位の低下を確実に抑えることができる点でより好ましい。
【０１５１】
また、上記の説明では、塩化カリウムの水溶液を導電性液体に用いるとともに、金、銀、銅、白金、及びパラジウムの少なくとも一つを用いて、信号電極（第１の電極）を構成した場合について説明したが、本発明は表示用空間の内部に設置されて、導電性液体と接触する第１の電極に、当該導電性液体に対して電気化学的に不活性な材料を用いたものであれば何等限定されない。具体的にいえば、導電性液体には、塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アルカリ金属水酸化物、酸化亜鉛、塩化ナトリウム、リチウム塩、リン酸、アルカリ金属炭酸塩、酸素イオン伝導性を有するセラミックスなどの電解質を含んだものを使用することができる。また、溶媒には、水以外に、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコールなどの有機溶媒を使用することもできる。さらに、本発明の導電性液体には、ピリジン系、脂環族アミン系、または脂肪族アミン系などの陽イオンと、フッ化物イオンやトリフラート等のフッ素系などの陰イオンとを含んだイオン液体（常温溶融塩）を使用することもできる。
【０１５２】
但し、上記の各実施形態のように、所定の電解質を溶かした水溶液を導電性液体に使用する場合の方が、取扱性に優れるとともに、製造が簡単な表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。
【０１５３】
また、本発明の第１の電極には、例えばアルミニウム、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、チタン、タンタル、ニオブあるいはそれらの合金などの導電性を有する金属を用いた電極本体と、この電極本体の表面を覆うように設けられた酸化被膜とを備えた不動態を使用することができる。
【０１５４】
但し、上記の各実施形態のように、金、銀、銅、白金、及びパラジウムの少なくとも一つを第１の電極及び電極部材に用いる場合の方が、イオン化傾向の小さい金属を使用することとなり、当該電極の簡略化を図りつつ、導電性液体との間での電気化学反応を確実に防ぐことが可能となって信頼性の低下が防がれた長寿命な表示素子を容易に構成することができる点で好ましい。また、イオン化傾向の小さい金属は導電性液体との間の界面に生じる界面張力を比較的小さくすることができることから、導電性液体を移動させないときでは、その固定位置で当該導電性液体を安定した状態で容易に保持できる点でも好ましい。
【０１５５】
また、上記の説明では、無極性のオイルを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導電性液体と混じり合わない絶縁性流体であればよく、例えばオイルに代えて、空気を使用してもよい。また、オイルとして、シリコーンオイル、脂肪系炭化水素などを使用することができる。
【０１５６】
但し、上記の各実施形態のように、導電性液体と相溶性がない無極性のオイルを用いた場合の方が、空気と導電性液体とを用いる場合よりは、無極性のオイル中で導電性液体の液滴がより移動し易くなって、当該導電性液体を高速移動させることが可能となり、表示色を高速に切り換えられる点で好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、中間調の表示を精度よく行うことができる表示素子、及びこれを用いた高性能な電気機器に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１に示した１層目及び２層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図３】非表示面側から見た場合における、上記１層目及び２層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図４】上記表示素子の要部構成を示す断面図である。
【図５】上記表示ユニットでの動作例を説明する図である。
【図６】上記表示素子の動作例を説明する断面図である。
【図７】上記表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。
【図９】図８に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。
【図１０】図８に示した表示素子の動作例を説明する断面図である。
【図１１】図８に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる表示素子、及び画像表示装置を説明する平面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ表示面側から見た場合における、図１２に示した１層目と２層目の各表示ユニット及び３層目の表示ユニットでの上部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図１４】非表示面側から見た場合における、上記１層目、２層目、及び３層目の各表示ユニットでの下部基板側の要部構成を示す拡大平面図である。
【図１５】図１２に示した表示素子の要部構成を示す断面図である。
【図１６】図１２に示した表示素子の動作例を説明する断面図である。
【図１７】図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図１８】図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【図１９】図１２に示した表示素子の別の動作例を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１ 画像表示装置（電気機器）
２ａ、２ｂ、２ｃ 上部基板（第１の基板）
３ａ、３ｂ、３ｃ 下部基板（第２の基板）
４ａ、４ｂ、４ｃ 信号電極（第１の電極）
５ａ、５ｂ、５ｃ 基準電極（第２の電極）
６ａ、６ｂ、６ｃ 走査電極（第３の電極）
７ａ、７ｂ、７ｃ 信号ドライバ（信号電圧印加部）
８、８ａ、８ｂ、８ｃ 基準ドライバ（基準電圧印加部）
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 走査ドライバ（走査電圧印加部）
１０ 表示素子（表示部）
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 表示ユニット
１４ｘ１、１４ｘ２、１４ｘ３、１４ｙ１、１４ｙ２、１４ｙ３ リブ（仕切壁）
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 導電性液体
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ 表示用空間
Ｐ 画素領域
Ｐ１ 有効表示領域
Ｐ２ 非有効表示領域
Ｃｆｒ、Ｃｆｇ、Ｃｆｂ カラーフィルタ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面側に設けられた第１の基板と、所定の表示用空間が前記第１の基板との間に形成されるように、当該第１の基板の非表示面側に設けられた第２の基板と、前記表示用空間に対し、設定された有効表示領域及び非有効表示領域と、前記表示用空間の内部で前記有効表示領域側または前記非有効表示領域側に移動可能に封入された導電性液体とを有する表示ユニットを備えた表示素子であって、
Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の前記表示ユニットが、前記有効表示領域が互いに対向するように、積層され、
前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されている、
ことを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記表示ユニットには、複数の第１の電極が、前記第１及び第２の基板の一方側で所定の配列方向に沿って設けられ、
複数の第２の電極及び複数の第３の電極が、互いに交互に、かつ、前記複数の第１の電極と交差するように、前記第１及び第２の基板の他方側で前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の一方側及び他方側にそれぞれ設けられ、
前記複数の第１の電極は、それぞれ複数の信号電極として用いられ、
前記複数の第２の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の一方の電極として用いられ、かつ、
前記複数の第３の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の他方の電極として用いられ、
前記表示ユニットは、前記複数の基準電極に接続されるとともに、前記複数の各基準電極に対して、所定の基準電圧を印加する基準電圧印加部と、
前記複数の信号電極に接続されるとともに、前記複数の各信号電極に対して、前記表示面側に表示される情報に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
前記複数の走査電極に接続されるとともに、前記基準電圧印加部が前記複数の各基準電極に対して、前記基準電圧を印加しているときに、前記複数の各走査電極に対して、前記導電性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧と、前記導電性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を印加する走査電圧印加部とを備えている請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
複数の画素が、前記Ｎ個の表示ユニット単位に設けられ、
前記複数の画素の各画素領域は、前記信号電極と前記走査電極との交差部単位に設けられ、かつ、前記各画素領域では、前記表示用空間が仕切壁にて区切られている請求項２に記載の表示素子。
【請求項４】
前記複数の画素が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられている請求項３に記載の表示素子。
【請求項５】
前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１つの前記基準電圧印加部及び１つの前記走査電圧印加部が共用されている請求項２〜４のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項６】
前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体に用いられる着色剤を変更することにより、前記導電性液体によって遮蔽される光の波長域を相異させた請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項７】
前記表示ユニットには、前記有効表示領域側に所定色のカラーフィルタ部が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項８】
前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１個の前記表示ユニットの前記導電性液体が黒色に着色されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項９】
文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部を備えた電気機器であって、
前記表示部に、請求項１〜８のいずれか１項に記載の表示素子を用いたことを特徴とする電気機器。
【請求項１】
表示面側に設けられた第１の基板と、所定の表示用空間が前記第１の基板との間に形成されるように、当該第１の基板の非表示面側に設けられた第２の基板と、前記表示用空間に対し、設定された有効表示領域及び非有効表示領域と、前記表示用空間の内部で前記有効表示領域側または前記非有効表示領域側に移動可能に封入された導電性液体とを有する表示ユニットを備えた表示素子であって、
Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）の前記表示ユニットが、前記有効表示領域が互いに対向するように、積層され、
前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体は所定の波長域の光を遮蔽するように構成されている、
ことを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記表示ユニットには、複数の第１の電極が、前記第１及び第２の基板の一方側で所定の配列方向に沿って設けられ、
複数の第２の電極及び複数の第３の電極が、互いに交互に、かつ、前記複数の第１の電極と交差するように、前記第１及び第２の基板の他方側で前記有効表示領域側及び前記非有効表示領域側の一方側及び他方側にそれぞれ設けられ、
前記複数の第１の電極は、それぞれ複数の信号電極として用いられ、
前記複数の第２の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の一方の電極として用いられ、かつ、
前記複数の第３の電極は、それぞれ複数の基準電極及び複数の走査電極の他方の電極として用いられ、
前記表示ユニットは、前記複数の基準電極に接続されるとともに、前記複数の各基準電極に対して、所定の基準電圧を印加する基準電圧印加部と、
前記複数の信号電極に接続されるとともに、前記複数の各信号電極に対して、前記表示面側に表示される情報に応じた信号電圧を印加する信号電圧印加部と、
前記複数の走査電極に接続されるとともに、前記基準電圧印加部が前記複数の各基準電極に対して、前記基準電圧を印加しているときに、前記複数の各走査電極に対して、前記導電性液体が前記表示用空間の内部を移動するのを阻止する非選択電圧と、前記導電性液体が前記信号電圧に応じて、前記表示用空間の内部を移動するのを許容する選択電圧との一方の電圧を印加する走査電圧印加部とを備えている請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
複数の画素が、前記Ｎ個の表示ユニット単位に設けられ、
前記複数の画素の各画素領域は、前記信号電極と前記走査電極との交差部単位に設けられ、かつ、前記各画素領域では、前記表示用空間が仕切壁にて区切られている請求項２に記載の表示素子。
【請求項４】
前記複数の画素が、前記表示面側でフルカラー表示が可能な複数の色に応じてそれぞれ設けられている請求項３に記載の表示素子。
【請求項５】
前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１つの前記基準電圧印加部及び１つの前記走査電圧印加部が共用されている請求項２〜４のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項６】
前記Ｎ個の各表示ユニットでは、前記導電性液体に用いられる着色剤を変更することにより、前記導電性液体によって遮蔽される光の波長域を相異させた請求項１〜５のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項７】
前記表示ユニットには、前記有効表示領域側に所定色のカラーフィルタ部が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項８】
前記Ｎ個の表示ユニットにおいて、１個の前記表示ユニットの前記導電性液体が黒色に着色されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示素子。
【請求項９】
文字及び画像を含んだ情報を表示する表示部を備えた電気機器であって、
前記表示部に、請求項１〜８のいずれか１項に記載の表示素子を用いたことを特徴とする電気機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−１６２９２７（Ｐ２００９−１６２９２７Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４０９８９（Ｐ２００７−３４０９８９）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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