显示元件和使用其的电气设备的制作方法
专利名称：显示元件和使用其的电气设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过使极性液体移动而显示图像和/或文字的显示元件和使用其的电气设备。
背景技术：
近年来，在显示元件中，以电润湿方式的显示元件为代表，利用由外部电场引起的极性液体的移动现象进行信息的显示的显示元件被开发并被实用化。具体而言，在上述的现有的显示元件中，例如下述专利文献I所记载的那样，设置有第一和第二电极、第一和第二基板、以及着色液滴，该着色液滴被封入在这些基板间形成的显示用空间的内部，并且作为被着色为规定的颜色的极性液体。而且，在该现有的显示元件中，通过经由第一和第二电极对着色液滴施加电场，使着色液滴的形状变化而使得显示面一侧的显示色改变。 此外，在该现有的显示元件中，在第一基板上，以相对于着色液滴电绝缘的状态，排列设置第一和第二电极，并且以与这些第一和第二电极相对的方式在第二基板一侧设置第三电极。进一步提案有通过在第一电极的上方设置遮光用的遮光罩，将第一电极一侧和第二电极一侧分别设定为非有效显示区域一侧和有效显示区域一侧，以在第一与第三电极间或第二与第三电极间产生电位差的方式进行电压施加。而且，在该现有的显示元件中，与使着色液滴的形状变化的情况相比，使着色液滴高速地向第一电极一侧或第二电极一侧移动，显示面一侧的显示色也能够高速地改变。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2004-252444号公报
发明内容
发明所要解决的问题但是，在上述那样的现有的显示元件中，通过调整对第一 第三的各电极施加的电压，对着色液滴(极性液体)相对于遮光用的遮光罩(遮光膜)的位置(即，在有效显示区域内移动的着色液滴的位置)也进行调整，能够实施中间灰度的显示。但是，在上述那样的现有的显示元件中，存在由着色液体自身向使用者等观察者一侧射出的光的射出量大幅变化、显示品质下降的问题。特别是当在现有的显示元件中进行中间灰度的显示时，由于着色液滴的位置和/或大小、或观察者的观看方向等，来自设置在该显示元件的非显示面一侧的背光源的光被着色液体遮挡的量不同，因此存在向观察者一侧射出的光的射出量大幅减少、或者反之发生光泄露等情况，其结果是，存在由于观看显示元件的方位角方向而不能够进行所期望的中间灰度的显示、显示品质下降的情况。鉴于上述问题，本发明的目的在于提供无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元件和使用其的电气设备。用于解决问题的方式为了达到上述目的，本发明的显示元件的特征在于，包括设置于显示面一侧的第一基板；第二基板，其以规定的显示用空间形成于上述第一基板与上述第二基板之间的方式设置于该第一基板的非显示面一侧；在上述显示用空间设定的有效显示区域和非有效显示区域；和极性液体，其以至少能够向上述有效显示区域一侧移动的方式被封入上述显示用空间的内部,上述显示元件构成为能够通过使上述极性液体移动来改变上述显示面一侧的显示色，上述显示元件还包括第一电极，其以与上述极性液体接触的方式设置于上述显示用空间的内部；和第二电极，其以与上述极性液体和上述第一电极电绝缘的状态，设置于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧，在上述显示用空间，以使得上述极性液体沿天地方向移动的方式设定有上述有效显示区域和上述非有效显示区域。在上述那样构成的显示元件，在显示用空间，以使得极性液体沿天地方向移动的 方式设定有效显示区域和非有效显示区域。由此，无论在观察者从哪一方位角观看显示的情况下，在进行中间灰度的显示时，能够抑制由极性液体自身向使用者等观察者一侧射出的光的光射出量大幅变化。其结果是，与上述现有例不同，能够构成无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元件。另外，此处所谓的天地方向是指相对于铅垂方向(重力的作用方向)，在朝向重力的反作用方向的方向具有0度以上不到90度的角度范围内的规定的角度的方向。即，所谓的天地方向是显示元件的显示面相对于铅垂方向设置在上述角度范围内的角度的情况下的、与该显示面的上下方向一致的方向。此外，在上述显示元件中，优选上述非有效显示区域由设置于上述第一基板和上述第二基板中的另一个基板一侧的遮光膜设定，上述有效显示区域由形成于上述遮光膜的开口部设定。在这种情况下，能够对显示用空间恰当且可靠地设定有效显示区域和非有效显示区域。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式上述有效显示区域和上述非有效显示区域以与铅垂方向大致平行的方式被设定。在这种情况下，能够容易地构成具有优异的显示品质的显示元件。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式在上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧，呈矩阵状设置有数据配线和栅极配线，在上述第一基板和上述第二基板中的另一个基板一侧，设置有作为上述第一电极的平面状的透明电极，多个像素区域中的各个像素区域以上述数据配线与上述栅极配线的交叉部为单位设置，在上述各像素区域设置有与上述数据配线和上述栅极配线连接的开关元件；作为与上述开关元件连接的上述第二电极的像素电极；和保持被供给至上述像素电极的电荷的电容器。在这种情况下，能够构成具有优异的显示品质的矩阵驱动方式的显示元件。此外，在上述显示元件中，作为上述像素电极，也可以使用反射电极。在这种情况下，能够使用来自显示元件的外部的光显示信息，能够容易地构成消耗电力少的小型的显示元件。
此外，在上述显示元件中，作为上述电容器，使用以覆盖上述像素电极的方式设置于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧的电介质层。在这种情况下，能够省略由分立部件构成的电容器的设置，能够容易地构成结构简单的显示元件。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式上述多个像素区域根据能够在上述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。在这种情况下，在多个像素中的各个像素，对应的极性液体适当地移动，由此，能够进行彩色图像显示。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式作为上述第一电极，使用设置于上述显示用空间的内部的信号电极，作为上述第二电极，使用参照电极和扫描电极，上述参照电极以设置于上述有效显示区域和上述非有效显示区域中的一个区域一侧的方式设置 于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧，上述扫描电极以设置于上述有效显不区域和上述非有效显示区域中的另一个区域一侧的方式，在与上述参照电极电绝缘的状态下，设置于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧。在这种情况下，能够不设置开关元件而改变显示面一侧的显示色，能够构成结构简单的显示元件。此外，在上述显示元件中，优选如下方式多个上述信号电极沿规定的排列方向设置，多个上述参照电极和多个上述扫描电极以相互交替且与上述多个信号电极交叉的方式设置，上述显示元件包括信号电压施加部，其与上述多个信号电极连接，并且根据在上述显不面一侧显不的信息，对上述多个信号电极中的各个信号电极施加规定的电压范围内的信号电压；参照电压施加部，其与上述多个参照电极连接，并且对上述多个参照电极中的各个参照电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，上述选择电压允许上述极性液体根据上述信号电压在上述显示用空间的内部移动，上述非选择电压阻止上述极性液体在上述显示用空间的内部移动；和扫描电压施加部，其与上述多个扫描电极连接，并且对上述多个扫描电极中的各个扫描电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，上述选择电压允许上述极性液体根据上述信号电压在上述显示用空间的内部移动，上述非选择电压阻止上述极性液体在上述显示用空间的内部移动。在这种情况下，能够容易地构成具有优异的显示品质的矩阵驱动方式的显示元件。此外，在上述显示元件中，优选多个像素区域中的各个像素区域以上述信号电极与上述扫描电极的交叉部为单位设置。在这种情况下，能够通过在显示面一侧的多个像素中的各个像素使极性液体移动，以像素为单位改变显示面一侧的显示色。此外，在上述显示元件中，在上述参照电极和上述扫描电极的表面上叠层有电介质层。在这种情况下，能够可靠地使电介质层施加在极性液体的电场变大，更容易地提高该极性液体的移动速度。此外，在上述显示元件中，也可以如下方式上述多个像素区域根据能够在上述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。
在这种情况下，在多个像素中的各个像素，对应的极性液体适当地移动，由此，能够进行彩色图像显示。此外，在上述显示元件，优选如下方式在上述显示用空间的内部，以能够在该显示用空间的内部移动的方式封入有不与上述极性液体混合的绝缘性流体。在这种情况下，能够容易地实现极性液体的移动速度的高速化。此外，本发明的电气设备的特征在于上述电气设备包括显示包含文字和图像的信息的显示部，在上述显示部使用上述任一显示元件。在上述那样被构成的电气设备，在显示部使用无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元 件，因此能够容易地构成具有优异的显示性能的电气设备。发明的效果根据本发明，能够提供无论在观察者从哪一方位角观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元件和使用其的电气设备。
图I是说明本发明的第一实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。图2是说明图I所示的显示元件的像素区域的主要部分的具体结构的图。图3是表示从显示面一侧观看时的图I所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图4是表示从非显示面一侧观看时的图I所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图5 (a)和图5 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图I所示的显示元件的主要部分结构的截面图。图6是说明图I所示的显示元件的视野角特性的图，图6 Ca)是说明具体的观看点的图，图6 (b)是说明天地方向的不同角度的视野角特性的图。图7 Ca)和图7 (b)分别是说明图6 Ca)所示的观看点的、天地方向和左右方向的透射率的角度依赖性的图表。图8 (a)和图8 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、本发明的第二实施方式的显示元件的主要部分结构的截面图。图9是说明本发明的第三实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。图10是表示从显示面一侧观看时的图9所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图11是表示从非显示面一侧观看时的图9所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图12 (a)和图12 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图9所示的显示元件的主要部分结构的截面图。图13是说明图9所示的图像显示装置的动作例的图。图14是说明图9所示的显示元件的视野角特性的图，图14 Ca)是说明具体的观看点的图，图14 (b)是说明天地方向的不同角度的视野角特性的图。
图15 (a)和图15 (b)分别是说明图14 (a)所示的观看点的、天地方向和左右方向的透射率的角度依赖性的图表。图16是表示本发明的第四实施方式的显示元件的、从显示面一侧观看时的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图17 (a)和图17 (b)分别是非CF着色显示时和CF着色显示时的、图16所示的显示元件的主要部分结构的截面图。图18是说明使用图16所示的显示元件的图像显示装置的动作例的图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的显示元件和电气设备的优选实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，例示有在具备能够显示信息的显示部的图像显示装置中应用本发明的情况，并进行说明。此外，各图中的结构部件的尺寸并非忠实地表现实际的结构部件的尺寸和 各结构部件的尺寸比例等。[第一实施方式]图I是说明本发明的第一实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。在图1，在本实施方式的图像显示装置I设置有使用本发明的显示元件2的显示部，在该显示部构成有矩形状的显示面。在显示元件2，设置有显示控制部3和与该显示控制部3连接的源极驱动器4和栅极驱动器5。从外部向显示控制部3输入有视频信号，显示控制部3构成为基于被输入的视频信号，生成并输出向源极驱动器4和栅极驱动器5供给的各指示信号。由此，在显示元件2，根据视频信号显示变化文字和图像的信息。此外，显示元件2包括以在与图I的纸面垂直的方向上相互重叠的方式配置的上部基板6和下部基板7，由这些上部基板6与下部基板7的重叠部分形成上述显示面的有效显示区域(详细情况后述。)。此外，在显示元件2，作为数据配线的多个源极配线S相互隔开规定的间隔且沿X方向设置为条纹状。此外，在显示元件2，多个栅极配线G相互隔开规定的间隔且沿Y方向设置为条纹状。这些源极配线S和栅极配线G例如在下部基板6上以相互交叉的方式呈矩阵状设置，在显示元件2，多个像素区域中的各个像素区域以源极配线S与栅极配线G的交叉部为单位被设定。此外，这些多个源极配线S和多个栅极配线G分别与源极驱动器4和栅极驱动器5连接，与被输入至显示控制部3的视频信号对应的源极信号(电压信号)和栅极信号从源极驱动器4和栅极驱动器5分别被供给至各源极配线S和各栅极配线G。并且，在显示元件2，如在之后详细说明的那样，上述多个像素区域中的各像素区域通过分隔壁被划分。而且，在显示元件2，按以矩阵状设置的多个像素(显示单元)中的每个像素，通过电润湿现象使后述的极性液体变形(移动)，以改变显示面一侧的显示色。此处，还参照图2 图5，对显示元件2的像素结构进行具体的说明。图2是说明图I所示的显示元件的像素区域的主要部分的具体的结构的图。图3是表示从显示面一侧观看的情况下的图I所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图4是表示从非显示面一侧观看的情况下的图I所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图5 (a)和图5 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图I所示的显示元件的主要部分结构的截面图。另外，在图3和图4中，为了图面的简单化，表示有设置在上述显示面的多个像素中的、在图I的左上端部排列的9个像素。此外，在图4，为了图面的简单化，省略上述源极配线S和栅极配线G的图示。如图2所示，在显示元件2，多个像素区域中的各个像素区域以源极配线S与栅极配线G的交叉部为单位被设定，在该交叉部的附近设置有作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)SW、作为第二电极的像素电极8和电容器C。即，在显示元件2，在各像素区域，薄膜晶体管SW的源极电极和栅极电极分别与源极配线S和栅极配线G连接。此外，该薄膜晶体管Sff的漏极电极与像素电极8连接，像素电极8与由后述的电介质层14构成的电容器C连接，该电介质层14以覆盖该像素电极8的方式设置在下部基板7—侧。而且，在各像素区域，在薄膜晶体管SW根据栅极信号被控制为导通状态时，与视频信号对应的电压作为源极信号经源极配线S和薄膜晶体管SW被供给至像素电极8，与该电压对应的电荷被保持在电容器C (电介质层14)。这样，显示元件2构成按每像素具有开关元件(有源元件)的有源矩阵驱动方式的上述显示部。此外，在图2 图5，显示元件2包括设置于显示面一侧的作为第一基板的上述上 部基板6和设置于上部基板2的背面侧(非显示面一侧)的作为第二基板的上述下部基板7。此外，在显示元件2，上部基板6与下部基板7相互隔开规定的间隔配置，由此，在这些上部基板6与下部基板7之间形成有规定的显示用空间K。此外，在该显示用空间K的内部，上述极性液体12和不与该极性液体12混合的绝缘性的被着色的油13以能够在该显示用空间K的内部沿上述Y方向(图4的上下方向)移动的方式被封入，极性液体12能够从后述的非有效显示区域P2 —侧向有效显示区域Pl —侧移动。在极性液体12中，例如使用含有作为溶剂的水和作为溶质的规定的电解质的水溶液。具体而言，例如在极性液体12中使用lmmol/L的氯化钾(KCl)的水溶液。此外，在本实施方式中，极性液体12因为在上述以外不加入任何物质所以是无色透明的。但是，在该极性液体12，也可以为了调节其密度和/或粘度、熔点和/或沸点而混入低级醇和/或乙二醇等水溶性液体，此外，还可以为了着色为红色或绿色、蓝色等而混入自分散型颜料和/或水溶性染料等。此外，在油13中，例如使用在包括自侧链高级醇、侧链高级脂肪酸、烷烃、硅油、匹配油中选出的一种或多种的无极性的溶剂中例如通过颜料和/或染料被着色的油。此外，该油13随着极性液体12的滑动移动在显示用空间K的内部移动。此外，因为油13被着色，所以该油13在各像素作为允许光的透过或阻止光的透过的光闸发挥作用。即，在显示元件2的各像素，如在之后详述的那样，构成为能够通过对油13在显示用空间K的内部位于有效显示区域Pl的面积进行调制，而在光吸收状态与光透过状态之间切换显示。并且，油13例如通过利用分配装置或喷墨装置被涂敷在下部基板6上，由此，以像素区域为单位被封入显示用空间K的内部。在上部基板6使用无碱玻璃基板等透明的玻璃材料或丙烯酸类树脂等透明的合成树脂等透明的透明片材。此外，在上部基板6的非显示面一侧的表面，依次形成有遮光层10和作为第一电极的共用电极9。此外，在下部基板7，与上部基板6同样地使用无碱玻璃基板等透明的玻璃材料、或丙烯酸类树脂等透明的合成树脂等的透明的透明片材。此外，在下部基板7的非显示面一侧的表面设置有上述像素电极8和上述薄膜晶体管SW，而且，以覆盖这些像素电极8和上述薄膜晶体管SW的方式形成有上述电介质层14。此外，在该电介质层14的显示面一侧的表面，设置有肋11，该肋11具有以与Y方向和X方向分别平行的方式设置的第一肋部件Ila和第二肋部件lib。并且，在下部基板7，以覆盖电介质层14和肋11的方式设置有拨水膜15。另外，在上述的说明以外，也可以为薄膜晶体管SW不被电介质层14覆盖的结构。此外，在下部基板7的背面侧(非显示面一侧)，例如一体地安装有发出白色的照明光的背光源16，构成透过型的显示元件2。另外，在背光源16能够使用冷阴极荧光管或LED等光源。在像素电极8使用包括ITO等透明电极材料的透明电极。此外，该像素电极8以设置于有效显示区域Pl的下方的方式设置在下部基板7上。此外，薄膜晶体管SW以设置在非有效显示区域P2的下方的方式设置在下部基板7上。在共用电极9，与像素电极8同样使用包括ITO等透明电极材料的透明电极。此 夕卜，在该共用电极9使用平面状的透明电极，共用电极9覆盖被设置于显示面的所有像素。在遮光层10设置有作为遮光膜的黑矩阵部IOs ;和以具有规定的形状的方式构成的开口部10a。此外，在显示元件2，如图3所例示的那样，在各像素区域P，在与像素的有效显示区域Pl对应的位置设置有开口部10a，在与非有效显示区域P2对应的位置设置有黑矩阵部10s。S卩，在显示元件2，对上述显示用空间S，通过黑矩阵部(遮光膜)IOs设定非有效显示区域P2 (非开口部)，通过在该黑矩阵部IOs形成的开口部IOa设定有效显示区域Pl。并且，在显示元件2，在显示用空间K以使得极性液体12沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。具体而言，在以在显示面的上下方向(Y方向)与铅垂方向大致平行的方式设置图像显示装置I的情况下，在显示元件2，其有效显示区域Pl和非有效显示区域P2也以与铅垂方向大致平行的方式被设定。此外，在显示元件2，开口部IOa的面积选择为与有效显示区域Pl的面积相同或稍小的值。另一方面，黑矩阵部IOs的面积选择为与非有效显示区域P2的面积相同或稍大的值。另外，在图3，为了明确相邻的像素的边界部而以虚线表示与相邻的像素对应的两个黑矩阵部IOs间的边界线，但是在实际的遮光层10并不存在黑矩阵部IOs间的边界线。此外，在显示元件2，通过作为上述分隔壁的肋11，以像素区域P为单位划分显示用空间K。即，在显示元件2，如图4所例示的那样，通过彼此相对的高度适当的两个第一肋部件Ila和彼此相对的高度适当的两个第二肋部件11b，划分各像素的显示用空间K。并且，在显示元件2，利用第一和第二肋部件IlaUlb防止极性液体12容易地流入相邻的像素区域P的显示用空间K的内部。即，在第一和第二肋部件IlaUlb使用例如负型的光固化性树脂，第一和第二肋部件IlaUlb具有透光性。此外，对于这些第一和第二肋部件I la、I Ib，以防止极性液体12在相邻的像素间流出流入的方式决定从电介质层14突出的高度。另外，除上述的说明以外，例如也可以为使第一和第二肋部件IlaUlb相互分离的结构，而使得在像素区域P的四个角产生间隙。此外，也可以以使得相邻的像素区域P彼此气密地被区分的方式，使构成为上述框状的肋11的前端部与上部基板2—侧紧密地相接。
电介质层14例如包括含有氮化硅、氧化铪、二氧化钛、或者钛酸钡的透明的电介质膜。此外，在拨水膜15中，使用透明的合成树脂，优选使用在施加电压时相对于极性液体12成为亲水层的、例如氟类树脂。由此，在显示元件2，能够使下部基板7的显示用空间K 一侧的各表面一侧的与极性液体12之间的润湿性(接触角)大幅变化，能够实现极性液体12的移动(变形)速度的高速化。在上述那样构成的显示元件2的各像素，如图5 Ca)所例示的那样，当油13被保持在开口部IOa的下方时,来自背光源16的光被油13遮挡,进行黑色显不。另一方面，如图5 (b)所例示的那样，当油13被保持在黑矩阵部IOs的下方时，来自背光源16的光不被油13遮挡，而是通过开口部10a，由此，利用该背光源16的光进行白色显示。此处，对上述那样构成的本实施方式的图像显示装置I的显示动作进行具体的说明。
在图1，显示控制部3例如在从该图的上侧向下侧的规定的扫描方向、从栅极驱动器5对栅极配线G依次输出使薄膜晶体管SW为导通状态的栅极信号。然后，当薄膜晶体管SW成为导通状态时，显示控制部3从源极驱动器4向源极配线S输出与视频信号对应的源极信号(电压信号)。由此，在对应的像素，来自源极配线S的电压被施加至像素电极8，电荷蓄积在电容器C (电介质层14)。此外，该蓄积的电荷在至下一次选择栅极配线G为止的I中贞的时间，被维持在电容器C。此外，在显示元件2，在进行图5 Ca)所示的黑色显示时，以使得像素电极8与共用电极9之间的电位差为OV的方式，从源极驱动器4经源极配线S向像素电极8输出源极信号。当对像素电极8进行这样的电压施加时，如图5 (a)所示，该显示区域P内的极性液体12成为与拨水膜的亲和性比较高的油13位于开口部IOa的下方那样的状态，成为完全覆盖该开口部IOa的状态。其结果是，在显示元件2，来自背光源16的光被油13遮挡，进行黑色显示。此外，在显示元件2，在进行图5 (b)所示的白色显示时，以使得像素电极8与共用电极9之间的电位差成为规定的电压值(例如，16V)的方式，从源极驱动器4经源极配线S向像素电极8输出源极信号。当向像素电极8进行这样的电压施加时，在拨水膜15的表面蓄积电荷，亲水性变高，因此，该像素区域P内的极性液体12如图5 (b)所示那样以位于开口部IOa—侧的下方的状态被保持。其结果是，在显示元件2，来自背光源16的光不被油13遮挡，被容许向使用者等观察者一侧射出，进行白色显示。此外，在显示元件2，如果以使得像素电极8与共用电极9中间的电位差成为OV与上述规定的电压值之间的电压值的方式、从源极驱动器4经源极配线S向像素电极8输出源极信号，则能够进行与该电压值对应的中间灰度的显示。即，油13根据被施加至像素电极8的电压向开口部IOa的下方一侧移动，由此，相对于开口部IOa的、油13的遮蔽率发生变化，向观察者一侧射出的来自背光源16的光的射出量也发生变化，由此能够进行中间灰度的显示。在以上那样构成的本实施方式的显示元件2，在显示用空间K，以使得极性液体12沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。由此，即使在进行中间灰度的显示时，也能够抑制由极性液体12自身向观察者一侧射出的光的射出量相对于显示元件2的方位角方向发生大幅变化的情况。其结果是，在本实施方式中，与上述现有例不同，能够构成无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够抑制进行中间灰度的显示时的显示品质的下降的显示元件2。特别是，在本实施方式的显示元件2，当在车站内或祭场、或者街道的一角等用于广告显示和应用于显示面沿铅垂方向(重力的作用方向)设置的彩色看板等图像显示装置(电气设备)I时，能够极力抑制显示品质的下降。此处，参照图6和图7，具体地说明本实施方式的显示元件2的效果。图6是说明图I所示的显示元件的视野角特性的图，图6 Ca)是说明具体的观看点的图，图6 (b)是说明天地方向的不同角度的视野角特性的图。图7 (a)和图7 (b)分别是说明图6 (a)所示的观看点的、天地方向和左右方向的透射率的角度依赖性的图表。
本申请的发明人为了验证本实施方式的显示元件2的上述效果，在图6 Ca)的点A，对使观看方向变化的情况下的光射出量的变化进行了模拟。在该模拟中，在显示面沿铅垂方向设置的情况下，如图6 (b)所示，在极性液体12的前端位于点A的大致下方的状态(即，不进行完全的黑色显示，而进行若干中间灰度的显示的状态)，作为使观看方向变化后的情况下的光射出量求取光的透射率。并且，在该模拟中，令油13的颜料的浓度为4wt%，令上部基板6与下部基板7之间的尺寸(单元间隙尺寸)为20 m。如图6 (b)中箭头LI所例示的那样，在点A，在从天地方向的天侧(与重力的作用方向相反的一侧)观看显示元件2的情况下，来自背光源16的光不被油13遮挡而向观察者一侧射出，具有与该光对应的亮度的显示被看到。此外，如图6 (b)中箭头L2所示，在点A，在从与天地方向正交的方向(与显示面垂直的方向)观看显示元件2的情况下，来自背光源16的光不被油13遮挡而向观察者一侧射出，具有与该光对应的亮度的显示被看到。另一方面，如图6 (b)中箭头L3所例示的那样，在点A，在从天地方向的地侧(重力的作用方向一侧)观看显示元件2的情况下，来自背光源16的光被油13遮挡而不向观察者一侧射出。其结果是，不能看到具有亮度的显示，被识别为黑色显示。并且，在点A，在令从与天地方向正交的方向(与显示面垂直的方向)观看显示元件2的情况(即，图6 (b)中箭头L2所示的情况)为0度、令天地方向的天侧和地侧分别为“ + ”侧和侧时，在点A，使观看方向变化的情况下的透射率的角度依赖性的模拟的结果在图7 (a)表示。如图7 (a)的曲线60所示，在天地方向的天侧，即使在使观看方向变化时，来自背光源16的光也不被油13遮挡，透射率取与上述0度时相同的值(在曲线60表示为“I”)。另一方面，如曲线60所示，随着使观看方向向天地方向的地侧变化，来自背光源16的光被油13遮挡，透射率成为小的值。如上所述，在本实施方式的显示元件2，在显示用空间K，以使得极性液体12和油13沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2，因此，在天地方向存在透射率的角度依赖性。与此相对，在显示面的左右方向(S卩，与图6 (b)的纸面垂直的方向)，即使使观看方向相对于点A变化，来自背光源16的光也不被油13遮挡。具体而言，由图7 (b)中直线70所示的模拟结果可知，即使在显示面的左右方向使观看方向变化，来自背光源16的光也不被油13遮挡，透射率成为全部相同的值。即，在本实施方式的显示元件2，在上述左右方向，不存在透射率的角度依赖性。其结果是，确认到在本实施方式的显示元件2，在应用于上述彩色等图像显示装置(电气设备)I的情况下，根据观察者的观看方向，能够抑制向观察者一侧射出的光的光射出量的大幅变化，能够极力抑制显示品质的下降。此外，在本实施方式的显示元件2，非有效显示区域P2通过设置在上部基板6的黑矩阵部(遮光膜)IOs被设定，有效显示区域Pl通过开口部IOa被设定，因此，能够对显示用空间K恰当且可靠地设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。此外，在本实施方式的显示元件2，源极配线(数据配线)S和栅极配线G在下部基板7上呈矩阵状设置，平面状的共用电极(透明电极)9设置在上部基板6。此外，在本实施方式的显示元件2，多个显示区域P中的各个显示区域P以源极配线S与栅极配线G的交叉部为单位设置，并且在各像素区域P，显示用空间K通过高度适当的肋(分隔壁)11被划分。并且，在本实施方式的显示元件2，在各像素区域P，设置有薄膜晶体管(开关元件)SW、像素电极(第二电极)8和电介质层(电容器)14。由此，在本实施方式中，能够构成具有优异的显示品质的矩阵驱动方式的显示元件2。此外，在本实施方式的图像显示装置(电气设备)I，在显示部使用无论在观察者从 哪一方位角方向观看显示的情况下均能够抑制在进行所期望的中间灰度的显示时显示品质下降的情况的显示元件2，因此能够容易地构成具有优异的显示性能的图像显示装置I。[第二实施方式]图8 (a)和图8 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、本发明的第二实施方式的显示元件的主要部分的结构的截面图。在图中，本实施方式与第一实施方式的主要的不同点在于，使用反射电极作为像素电极(第二电极)。另外，对于与上述第一实施方式共同的要素，标注相同的附图标记，并省略对其重复的说明。S卩，如图8 (a)和图8 (b)所示，在本实施方式的显示元件2，作为第二电极，按每像素区域P在下部基板7上设置有反射电极17。此外，在本实施方式的显示元件2，与第一实施方式的显示元件2不同，省略背光源的设置。而且，在本实施方式的显示元件2，如图8 (a)所例示的那样，当油13被保持在开口部IOa的下方时，从上部基板6 —侧射入的来自外部的光被油13遮挡，进行黑色显示。另一方面，如图8 (b)所例示的那样，当油13被保持在黑矩阵部IOs的下方时，来自上述外部的光不被油13遮挡，而通过开口部10a，进一步被反射电极17向外部侧反射，由此利用该来自外部的光进行白色显示。根据以上的结构，在本实施方式中，能够得到与上述第一实施方式相同的作用和效果。此外，在本实施方式中，作为像素电极(第二电极)，使用反射电极17，因此，能够使用来自显示元件2的外部的光显示信息。其结果是，能够省略背光源的设置，能够容易地构成消耗电力少的小型的显示元件2。[第三实施方式]图9是说明本发明的第三实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。在图中，本实施方式与上述第一实施方式的主要不同点在于使用作为第一电极的信号电极、作为第二电极的参照电极和扫描电极。另外，对与上述第一实施方式共同的要素，标注相同的附图标记，并省略对其重复的说明。S卩，如图9所示，在本实施方式的图像显示装置I设置有使用本实施方式的显示元件2’的显示部，在该显示部构成有矩形的显示面。此外，本实施方式的显示元件2’与第一实施方式的显示元件同样，由上部基板6与下部基板7的重叠部分形成上述显示面的有效显示区域(详细情况后述。)。此外，在显示元件2’，多个信号电极18相互隔开规定的间隔且沿Y方向设置为条纹状。此外，在显示元件2’，多个参照电极19和多个扫描电极20相互交替且沿X方向设置为条纹状。这些多个信号电极18与多个参照电极19和多个扫描电极20以相互交叉的方式设置，在显示元件2’，多个像素区域中的各个像素区域以信号电极18与扫描电极20的交叉部为单位设置。此外，这些多个信号电极18、多个参照电极19和多个扫描电极20相互独立，以能够被施加作为第一电压的高(High)电压(以下称为“H电压”)与作为第二电压的低(Low)电压(以下称为“L电压”)之间的规定的电压范围内的电压的方式构成(详细情况后述)。并且，在显示元件2’，如在之后详细说明的那样，上述多个像素区域中的各像素区域通过分隔壁被划分。而且，在显示元件2’，按以矩阵状设置的多个像素(显示单元)中的 每个像素，通过电润湿现象使后述的极性液体12’移动，以改变显示面一侧的显示色。此外，在多个信号电极18、多个参照电极19和多个扫描电极20,各自的一个端部侧被引出至显示面的有效显示区域的外侧，形成端子部18a、19a和20a。在多个信号电极18的各端子部18a，经配线21a与信号驱动器21连接。信号驱动器21构成信号电压施加部，在图像显示装置I在显示面显示包含文字和图像的信息的情况下，对多个信号电极18中的各个信号电极18施加与信息对应的信号电压Vd。此外，在多个参照电极19的各端子部19a，经配线22a与参照驱动器22连接。参照驱动器22构成参照电压施加部，在图像显示装置I在显示面显示包含文字和图像的信息的情况下，对多个参照电极19中的各个参照电极19施加参照电压Vr。此外，在多个扫描电极20的各端子部20a，经配线23a与扫描驱动器23连接。扫描驱动器23构成扫描电压施加部，在图像显示装置I在显示面显示包含文字和图像的信息的情况下，对多个扫描电极20中的各个扫描电极20施加扫描电压Vs。此外，在扫描驱动器23，将阻止上述极性液体移动的非选择电压与允许极性液体根据信号电压Vd移动的选择电压中的一个电压作为扫描电压Vs对多个扫描电极20中的各个扫描电极20施加。此外，参照驱动器22构成为参照扫描驱动器23的动作而动作，在参照驱动器22，将阻止上述极性液体移动的非选择电压与允许极性液体根据信号电压Vd移动的选择电压中的一个电压作为扫描电压Vr对多个参照电极19中的各个参照电极19施加。而且，在图像显示装置1，扫描驱动器23例如对从图9的上侧至下侧的各扫描电极20依次施加选择电压，且参照驱动器22与扫描驱动器23的动作同步地对从图9的上侧至下侧的各参照电极19依次施加选择电压，由此进行每个行的扫描动作(详细情况后述)。此外，在信号驱动器21、参照驱动器22和扫描驱动器23包括直流电源或交流电源，供给对应的信号电压Vd、参照电压Vr和扫描电压Vs。此外，参照驱动器22以按每规定的时间(例如I帧)切换参照电压Vr的极性的方式构成。而且，扫描驱动器23以与参照电压Vr的极性的切换对应地切换扫描电压Vs的各极性的方式构成。这样，参照电压Vr和扫描电压Vs的各极性按每规定的时间被切换，因此，与总是对参照电极19和扫描电极20施加相同极性的电压时相比，能够防止这些参照电极19和扫描电极20的电荷的局部存在。进而，能够防止电荷的局部存在所引起的显示不良(残像现象)和可靠性(寿命下降)的不良影响。此处，还参照图10 图12，对显示元件2’的像素结构进行具体的说明。图10是表示从显示面一侧观看的情况下的图9所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图11是表示从非显示面一侧观看的情况下的图9所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图12 (a)和图12 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图9所示的显示元件的主要部分结构的截面图。另外，在图10和图11中，为了图面的简单化，图中表示了设置在上述显示面的多个像素中的、在图9的左上端部排列的9个像素(之后说明的图14也同样)。在图10 图12，显示元件2’与第一实施方式的显示元件同样，包括作为设置于显示面一侧的第一基板的上述上部基板6和作为设置于上部基板6的背面侧(非显示面一侧)的第二基板的上述下部基板7。此外，在显示元件2’，在上部基板6与下部基板7之间形成 有规定的显示用空间K。此外，在该显示用空间K的内部，上述极性液体12’和油13’以能够在该显示用空间K的内部、在上述Y方向(图10的上下左右方向)移动的方式被封入，极性液体12’能够向有效显示区域Pl —侧或非有效显示区域P2 —侧移动。此外，在本实施方式的显示元件2’，与第一实施方式不同，作为极性液体12’，例如使用利用自分散型颜料着色为黑色的液体，作为油13’，使用无色透明的油。即，在本实施方式的显示元件2’，极性液体12’在各像素作为允许光的透过或阻止光的透过的光闸发挥作用。此外，在本实施方式的显示元件2’的各像素，如在之后详述的那样，极性液体12’显示用空间K的内部向参照电极19 一侧(有效显示区域Pl —侧)或扫描电极20 —侧(非有效显示区域P2 —侧)滑动移动，由此，显示色被改变为黑色或白色。此外，在上部基板6的非显示面一侧的表面，依次形成有遮光层10、作为第一电极的信号电极18和拨水膜24。此外，在下部基板7的显示面一侧的表面，设置有作为第二电极的上述参照电极19和上述扫描电极20。并且，以覆盖这些参照电极19和扫描电极20的方式形成有上述电介质层14。此外,在该电介质层14的显不面一侧的表面,与第一实施方式同样,设置有肋11，该肋11具有以与Y方向和X方向分别平行的方式设置的第一肋部件Ila和第二肋部件lib。并且，在下部基板7，以覆盖电介质层14和肋11的方式设置有拨水膜15。在遮光层10，与第一实施方式同样，设置有作为遮光膜的黑矩阵部IOs和以具有规定的形状的方式构成的开口部10a。此外，在显示元件2’，如图10所例示的那样，在各像素区域P，在与像素的有效显示区域Pl对应的位置设置有开口部10a，在与非有效显示区域P2对应的位置设置有黑矩阵部10s。即，在显示元件2’，与第一实施方式同样，对上述显示用空间K，通过黑矩阵部(遮光膜)IOs设定非有效显示区域P2 (非开口部)，通过在该黑矩阵部IOs形成的开口部IOa设定有效显示区域Pl。并且，在显示元件2’，在显示用空间K以使得极性液体12’沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。具体而言，在以在显示面的上下方向(Y方向)与铅垂方向大致平行的方式设置图像显示装置I的情况下，在显示元件2’，其有效显示区域Pl和非有效显示区域P2也以与铅垂方向大致平行的方式被设定。此外，在显示元件2’，与第一实施方式同样，开口部IOa的面积选择为与有效显示区域Pl的面积相同或稍小的值。另一方面，黑矩阵部IOs的面积选择为与非有效显示区域P2的面积相同或稍大的值。另外，在图10，为了明确相邻的像素的边界部而以虚线表示与相邻的像素对应的两个黑矩阵部IOs间的边界线，但是在实际的遮光层10并不存在黑矩阵部IOs间的边界线。此外，在显示元件2’，与第一实施方式同样，显示用空间K通过作为上述分隔壁的肋11，以像素区域P为单位划分。即，在显示元件2’，如图11所例示的那样，各像素的显示用空间K通过彼此相对的高度适当的两个第一肋部件Ila和彼此相对的高度适当的两个第二肋部件Ilb被划分。并且，在显不兀件2’，与第一实施方式同样,利用第一和第二肋部件IlaUlb防止极性液体12’容易地流入相邻的像素区域P的显示用空间K的内部。S卩，在第一和第二肋部件IlaUlb使用例如负型的光固化性树脂，第一和第二肋部件IlaUlb具有透光性。此外，在这些第一和第二肋部件11a、11b，从电介质层14突出的高度以防止极性液体12’在相邻的像素间流出流入的方式决定。 在参照电极19和扫描电极20，使用氧化铟类(IT0)、氧化锡类(SnO2)或氧化锌类(AZ0、GZ0、或IZ0)等透明的电极材料。该各参照电极19和各扫描电极20利用溅射法等周知的成膜方法、呈带状形成在下部基板7上。在信号电极18，使用以与Y方向平行的方式配置的线状配线。此外，在该信号电极18使用ITO等透明电极材料。并且，信号电极18在遮光层10上以通过各像素区域P的X方向的大致中心部的方式设置，以经拨水膜24与极性液体12’电接触的方式构成。由此，在显示元件2’，能够实现显示动作时的极性液体12’的响应性的提高。此外，在拨水膜24中，使用透明的合成树脂，优选使用在施加电压时相对于极性液体12’成为亲水层的、例如氟类树脂。由此，在显示元件2’，能够使在上部基板6的显示用空间K 一侧的表面一侧的与极性液体12’之间的润湿性(接触角)大幅变化，能够实现极性液体12’的移动(变形)速度的高速化。在上述那样构成的显示元件2’的各像素，如图12 (a)所例示的那样，当极性液体12’被保持在黑矩阵部IOs与参照电极19之间时，来自背光源16的光不被极性液体12’遮挡，而通过开口部10a，由此利用该背光源16的光进行白色显示。另一方面，如图12 (b)所例示的那样，当极性液体12’被保持在开口部IOa与扫描电极20之间时，来自背光源16的光被极性液体12’遮挡，进行黑色显示。此处，还参照图13，对上述那样构成的本实施方式的图像显示装置I的显示动作进行具体的说明。图13是说明上述图9所示的图像显示装置的动作例的图。在图13，参照驱动器22和扫描驱动器23，例如在从该图的上侧朝向下侧的规定的扫描方向，对参照电极19和扫描电极20，分别依次施加上述选择电压作为参照电压Vr和扫描电压Vs。具体而言，参照驱动器22和扫描驱动器23，对参照电极19和扫描电极20，分别依次施加H电压(第一电压)和L电压(第二电压)作为选择电压，进行选择线的扫描动作。此外，在该选择线，信号驱动器21根据来自外部的图像输入信号，对对应的信号电极18施加H电压或L电压作为信号电压Vd。由此，在选择线的各像素，极性液体12’向有效显示区域Pl —侧或非有效显示区域P2 —侧移动，显示面一侧的显示色被改变。另一方面，对非选择线、即剩余的所有参照电极19和扫描电极20，参照驱动器22和扫描驱动器23分别施加上述非选择电压作为参照电压Vr和扫描电压Vs。具体而言，参照驱动器22和扫描驱动器23对剩余的所有参照电极19和扫描电极20例如施加上述H电压和L电压的中间的电压即中间电压(Middle电压，以下称为“M电压”)作为非选择电压。由此，在非选择线的各像素，极性液体12’在有效显示区域Pl —侧或非有效显示区域P2 —侧不发生不必要的变动而静止，显示面一侧的显示色不被改变。在进行上述那样的显示动作的情况下，施加向参照电极19、扫描电极20和信号电极18的施加电压的组合如表I所示。而且，极性液体12’的状态和显示面一侧的显示色如表I所示那样与施加电压对应。另外，在表1，将H电压、L电压和M电压分别简记为“H”、“L”、“M”(与之后提出的表2 表4相同)。此外，H电压、L电压和M电压的具体的值分别例如为+16V、0V和+8V。 [表 I]
权利要求
1.一种显示元件，其特征在于，包括 设置于显示面一侧的第一基板； 第二基板，其以规定的显示用空间形成于所述第一基板与所述第二基板之间的方式设置于该第一基板的非显示面一侧； 在所述显示用空间设定的有效显示区域和非有效显示区域；和极性液体，其以至少能够向所述有效显示区域一侧移动的方式被封入所述显示用空间的内部， 所述显示元件构成为能够通过使所述极性液体移动来改变所述显示面一侧的显示色， 所述显示元件还包括 第一电极，其以与所述极性液体接触的方式设置于所述显示用空间的内部；和第二电极，其以与所述极性液体和所述第一电极电绝缘的状态，设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧， 在所述显示用空间，以使得所述极性液体沿天地方向移动的方式设定有所述有效显示区域和所述非有效显示区域。
2.如权利要求I所述的显示元件，其特征在于 所述非有效显示区域由设置于所述第一基板和所述第二基板中的另一个基板一侧的遮光膜设定， 所述有效显示区域由形成于所述遮光膜的开口部设定。
3.如权利要求I或2所述的显示元件，其特征在于 所述有效显示区域和所述非有效显示区域以与铅垂方向大致平行的方式被设定。
4.如权利要求I 3中任一项所述的显示元件，其特征在于 在所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧呈矩阵状地设置有数据配线和栅极配线， 在所述第一基板和所述第二基板中的另一个基板一侧设置有作为所述第一电极的平面状的透明电极， 多个像素区域中的各个像素区域以所述数据配线与所述栅极配线的交叉部为单位设置， 在所述各像素区域设置有与所述数据配线和所述栅极配线连接的开关元件；作为与所述开关元件连接的所述第二电极的像素电极；和保持被供给至所述像素电极的电荷的电容器。
5.如权利要求4所述的显示元件，其特征在于 作为所述像素电极，使用反射电极。
6.如权利要求4或5所述的显示元件，其特征在于 作为上述电容器，使用以覆盖所述像素电极的方式设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧的电介质层。
7.如权利要求4 6中任一项所述的显示元件，其特征在于 所述多个像素区域根据能够在所述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。
8.如权利要求I 3中任一项所述的显示元件，其特征在于 作为所述第一电极，使用设置于所述显示用空间的内部的信号电极，作为所述第二电极，使用参照电极和扫描电极，所述参照电极以设置于所述有效显示区域和所述非有效显示区域中的一个区域一侧的方式设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧，所述扫描电极以设置于所述有效显示区域和所述非有效显示区域中的另一个区域一侧的方式，在与所述参照电极电绝缘的状态下，设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧。
9.如权利要求8所述的显示元件，其特征在于 多个所述信号电极沿规定的排列方向设置， 多个所述参照电极和多个所述扫描电极以相互交替且与所述多个信号电极交叉的方式设置， 所述显示元件包括 信号电压施加部，其与所述多个信号电极连接，并且根据在所述显示面一侧显示的信息，对所述多个信号电极中的各个信号电极施加规定的电压范围内的信号电压； 参照电压施加部，其与所述多个参照电极连接，并且对所述多个参照电极中的各个参照电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，所述选择电压允许所述极性液体根据所述信号电压在所述显示用空间的内部移动，所述非选择电压阻止所述极性液体在所述显示用空间的内部移动；和 扫描电压施加部，其与所述多个扫描电极连接，并且对所述多个扫描电极中的各个扫描电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，所述选择电压允许所述极性液体根据所述信号电压在所述显示用空间的内部移动，所述非选择电压阻止所述极性液体在所述显示用空间的内部移动。
10.如权利要求9所述的显示元件，其特征在于 多个像素区域中的各个像素区域以所述信号电极与所述扫描电极的交叉部为单位设置。
11.如权利要求8 10中任一项所述的显示元件，其特征在于 在所述参照电极和所述扫描电极的表面上叠层有电介质层。
12.如权利要求8 11中任一项所述的显示元件，其特征在于 所述多个像素区域根据能够在所述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。
13.如权利要求I 12中任一项所述的显示元件，其特征在于 在所述显示用空间的内部，以能够在该显示用空间的内部移动的方式封入有不与所述极性液体混合的绝缘性流体。
14.一种电气设备,其特征在于 所述电气设备包括显示包含文字和图像的信息的显示部， 所述显示部使用权利要求I 13中任一项所述的显示元件。
全文摘要
一种显示元件(2)，其包括上部基板(第一基板)(6)；下部基板(第二基板)(7)；对在上部基板(6)与下部基板(7)之间形成的显示用空间(K)设定的有效显示区域(P1)和非有效显示区域(P2)；和以能够移动的方式被封入显示用空间(K)的内部的极性液体(12)，在该显示元件(2)设置有共用电极(第一电极)(9)和像素电极(第二电极)(8)。并且，在显示用空间(K)，以使得极性液体(12)沿天地方向移动的方式设定有效显示区域(P1)和非有效显示区域(P2)。
文档编号G09F9/37GK102770803SQ201080064299
公开日2012年11月7日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年3月8日
发明者中村浩三, 友利拓马, 松冈俊树, 植木俊 申请人:夏普株式会社
技术领域：
本发明涉及通过使极性液体移动而显示图像和/或文字的显示元件和使用其的电气设备。
背景技术：
近年来，在显示元件中，以电润湿方式的显示元件为代表，利用由外部电场引起的极性液体的移动现象进行信息的显示的显示元件被开发并被实用化。具体而言，在上述的现有的显示元件中，例如下述专利文献I所记载的那样，设置有第一和第二电极、第一和第二基板、以及着色液滴，该着色液滴被封入在这些基板间形成的显示用空间的内部，并且作为被着色为规定的颜色的极性液体。而且，在该现有的显示元件中，通过经由第一和第二电极对着色液滴施加电场，使着色液滴的形状变化而使得显示面一侧的显示色改变。 此外，在该现有的显示元件中，在第一基板上，以相对于着色液滴电绝缘的状态，排列设置第一和第二电极，并且以与这些第一和第二电极相对的方式在第二基板一侧设置第三电极。进一步提案有通过在第一电极的上方设置遮光用的遮光罩，将第一电极一侧和第二电极一侧分别设定为非有效显示区域一侧和有效显示区域一侧，以在第一与第三电极间或第二与第三电极间产生电位差的方式进行电压施加。而且，在该现有的显示元件中，与使着色液滴的形状变化的情况相比，使着色液滴高速地向第一电极一侧或第二电极一侧移动，显示面一侧的显示色也能够高速地改变。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2004-252444号公报
发明内容
发明所要解决的问题但是，在上述那样的现有的显示元件中，通过调整对第一 第三的各电极施加的电压，对着色液滴(极性液体)相对于遮光用的遮光罩(遮光膜)的位置(即，在有效显示区域内移动的着色液滴的位置)也进行调整，能够实施中间灰度的显示。但是，在上述那样的现有的显示元件中，存在由着色液体自身向使用者等观察者一侧射出的光的射出量大幅变化、显示品质下降的问题。特别是当在现有的显示元件中进行中间灰度的显示时，由于着色液滴的位置和/或大小、或观察者的观看方向等，来自设置在该显示元件的非显示面一侧的背光源的光被着色液体遮挡的量不同，因此存在向观察者一侧射出的光的射出量大幅减少、或者反之发生光泄露等情况，其结果是，存在由于观看显示元件的方位角方向而不能够进行所期望的中间灰度的显示、显示品质下降的情况。鉴于上述问题，本发明的目的在于提供无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元件和使用其的电气设备。用于解决问题的方式为了达到上述目的，本发明的显示元件的特征在于，包括设置于显示面一侧的第一基板；第二基板，其以规定的显示用空间形成于上述第一基板与上述第二基板之间的方式设置于该第一基板的非显示面一侧；在上述显示用空间设定的有效显示区域和非有效显示区域；和极性液体，其以至少能够向上述有效显示区域一侧移动的方式被封入上述显示用空间的内部,上述显示元件构成为能够通过使上述极性液体移动来改变上述显示面一侧的显示色，上述显示元件还包括第一电极，其以与上述极性液体接触的方式设置于上述显示用空间的内部；和第二电极，其以与上述极性液体和上述第一电极电绝缘的状态，设置于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧，在上述显示用空间，以使得上述极性液体沿天地方向移动的方式设定有上述有效显示区域和上述非有效显示区域。在上述那样构成的显示元件，在显示用空间，以使得极性液体沿天地方向移动的 方式设定有效显示区域和非有效显示区域。由此，无论在观察者从哪一方位角观看显示的情况下，在进行中间灰度的显示时，能够抑制由极性液体自身向使用者等观察者一侧射出的光的光射出量大幅变化。其结果是，与上述现有例不同，能够构成无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元件。另外，此处所谓的天地方向是指相对于铅垂方向(重力的作用方向)，在朝向重力的反作用方向的方向具有0度以上不到90度的角度范围内的规定的角度的方向。即，所谓的天地方向是显示元件的显示面相对于铅垂方向设置在上述角度范围内的角度的情况下的、与该显示面的上下方向一致的方向。此外，在上述显示元件中，优选上述非有效显示区域由设置于上述第一基板和上述第二基板中的另一个基板一侧的遮光膜设定，上述有效显示区域由形成于上述遮光膜的开口部设定。在这种情况下，能够对显示用空间恰当且可靠地设定有效显示区域和非有效显示区域。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式上述有效显示区域和上述非有效显示区域以与铅垂方向大致平行的方式被设定。在这种情况下，能够容易地构成具有优异的显示品质的显示元件。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式在上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧，呈矩阵状设置有数据配线和栅极配线，在上述第一基板和上述第二基板中的另一个基板一侧，设置有作为上述第一电极的平面状的透明电极，多个像素区域中的各个像素区域以上述数据配线与上述栅极配线的交叉部为单位设置，在上述各像素区域设置有与上述数据配线和上述栅极配线连接的开关元件；作为与上述开关元件连接的上述第二电极的像素电极；和保持被供给至上述像素电极的电荷的电容器。在这种情况下，能够构成具有优异的显示品质的矩阵驱动方式的显示元件。此外，在上述显示元件中，作为上述像素电极，也可以使用反射电极。在这种情况下，能够使用来自显示元件的外部的光显示信息，能够容易地构成消耗电力少的小型的显示元件。
此外，在上述显示元件中，作为上述电容器，使用以覆盖上述像素电极的方式设置于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧的电介质层。在这种情况下，能够省略由分立部件构成的电容器的设置，能够容易地构成结构简单的显示元件。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式上述多个像素区域根据能够在上述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。在这种情况下，在多个像素中的各个像素，对应的极性液体适当地移动，由此，能够进行彩色图像显示。此外，在上述显示元件中，也可以采用如下方式作为上述第一电极，使用设置于上述显示用空间的内部的信号电极，作为上述第二电极，使用参照电极和扫描电极，上述参照电极以设置于上述有效显示区域和上述非有效显示区域中的一个区域一侧的方式设置 于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧，上述扫描电极以设置于上述有效显不区域和上述非有效显示区域中的另一个区域一侧的方式，在与上述参照电极电绝缘的状态下，设置于上述第一基板和上述第二基板中的一个基板一侧。在这种情况下，能够不设置开关元件而改变显示面一侧的显示色，能够构成结构简单的显示元件。此外，在上述显示元件中，优选如下方式多个上述信号电极沿规定的排列方向设置，多个上述参照电极和多个上述扫描电极以相互交替且与上述多个信号电极交叉的方式设置，上述显示元件包括信号电压施加部，其与上述多个信号电极连接，并且根据在上述显不面一侧显不的信息，对上述多个信号电极中的各个信号电极施加规定的电压范围内的信号电压；参照电压施加部，其与上述多个参照电极连接，并且对上述多个参照电极中的各个参照电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，上述选择电压允许上述极性液体根据上述信号电压在上述显示用空间的内部移动，上述非选择电压阻止上述极性液体在上述显示用空间的内部移动；和扫描电压施加部，其与上述多个扫描电极连接，并且对上述多个扫描电极中的各个扫描电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，上述选择电压允许上述极性液体根据上述信号电压在上述显示用空间的内部移动，上述非选择电压阻止上述极性液体在上述显示用空间的内部移动。在这种情况下，能够容易地构成具有优异的显示品质的矩阵驱动方式的显示元件。此外，在上述显示元件中，优选多个像素区域中的各个像素区域以上述信号电极与上述扫描电极的交叉部为单位设置。在这种情况下，能够通过在显示面一侧的多个像素中的各个像素使极性液体移动，以像素为单位改变显示面一侧的显示色。此外，在上述显示元件中，在上述参照电极和上述扫描电极的表面上叠层有电介质层。在这种情况下，能够可靠地使电介质层施加在极性液体的电场变大，更容易地提高该极性液体的移动速度。此外，在上述显示元件中，也可以如下方式上述多个像素区域根据能够在上述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。
在这种情况下，在多个像素中的各个像素，对应的极性液体适当地移动，由此，能够进行彩色图像显示。此外，在上述显示元件，优选如下方式在上述显示用空间的内部，以能够在该显示用空间的内部移动的方式封入有不与上述极性液体混合的绝缘性流体。在这种情况下，能够容易地实现极性液体的移动速度的高速化。此外，本发明的电气设备的特征在于上述电气设备包括显示包含文字和图像的信息的显示部，在上述显示部使用上述任一显示元件。在上述那样被构成的电气设备，在显示部使用无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元 件，因此能够容易地构成具有优异的显示性能的电气设备。发明的效果根据本发明，能够提供无论在观察者从哪一方位角观看显示的情况下均能够进行所期望的中间灰度的显示、能够抑制显示品质的下降的显示元件和使用其的电气设备。
图I是说明本发明的第一实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。图2是说明图I所示的显示元件的像素区域的主要部分的具体结构的图。图3是表示从显示面一侧观看时的图I所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图4是表示从非显示面一侧观看时的图I所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图5 (a)和图5 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图I所示的显示元件的主要部分结构的截面图。图6是说明图I所示的显示元件的视野角特性的图，图6 Ca)是说明具体的观看点的图，图6 (b)是说明天地方向的不同角度的视野角特性的图。图7 Ca)和图7 (b)分别是说明图6 Ca)所示的观看点的、天地方向和左右方向的透射率的角度依赖性的图表。图8 (a)和图8 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、本发明的第二实施方式的显示元件的主要部分结构的截面图。图9是说明本发明的第三实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。图10是表示从显示面一侧观看时的图9所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图11是表示从非显示面一侧观看时的图9所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图12 (a)和图12 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图9所示的显示元件的主要部分结构的截面图。图13是说明图9所示的图像显示装置的动作例的图。图14是说明图9所示的显示元件的视野角特性的图，图14 Ca)是说明具体的观看点的图，图14 (b)是说明天地方向的不同角度的视野角特性的图。
图15 (a)和图15 (b)分别是说明图14 (a)所示的观看点的、天地方向和左右方向的透射率的角度依赖性的图表。图16是表示本发明的第四实施方式的显示元件的、从显示面一侧观看时的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图17 (a)和图17 (b)分别是非CF着色显示时和CF着色显示时的、图16所示的显示元件的主要部分结构的截面图。图18是说明使用图16所示的显示元件的图像显示装置的动作例的图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的显示元件和电气设备的优选实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，例示有在具备能够显示信息的显示部的图像显示装置中应用本发明的情况，并进行说明。此外，各图中的结构部件的尺寸并非忠实地表现实际的结构部件的尺寸和 各结构部件的尺寸比例等。[第一实施方式]图I是说明本发明的第一实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。在图1，在本实施方式的图像显示装置I设置有使用本发明的显示元件2的显示部，在该显示部构成有矩形状的显示面。在显示元件2，设置有显示控制部3和与该显示控制部3连接的源极驱动器4和栅极驱动器5。从外部向显示控制部3输入有视频信号，显示控制部3构成为基于被输入的视频信号，生成并输出向源极驱动器4和栅极驱动器5供给的各指示信号。由此，在显示元件2，根据视频信号显示变化文字和图像的信息。此外，显示元件2包括以在与图I的纸面垂直的方向上相互重叠的方式配置的上部基板6和下部基板7，由这些上部基板6与下部基板7的重叠部分形成上述显示面的有效显示区域(详细情况后述。)。此外，在显示元件2，作为数据配线的多个源极配线S相互隔开规定的间隔且沿X方向设置为条纹状。此外，在显示元件2，多个栅极配线G相互隔开规定的间隔且沿Y方向设置为条纹状。这些源极配线S和栅极配线G例如在下部基板6上以相互交叉的方式呈矩阵状设置，在显示元件2，多个像素区域中的各个像素区域以源极配线S与栅极配线G的交叉部为单位被设定。此外，这些多个源极配线S和多个栅极配线G分别与源极驱动器4和栅极驱动器5连接，与被输入至显示控制部3的视频信号对应的源极信号(电压信号)和栅极信号从源极驱动器4和栅极驱动器5分别被供给至各源极配线S和各栅极配线G。并且，在显示元件2，如在之后详细说明的那样，上述多个像素区域中的各像素区域通过分隔壁被划分。而且，在显示元件2，按以矩阵状设置的多个像素(显示单元)中的每个像素，通过电润湿现象使后述的极性液体变形(移动)，以改变显示面一侧的显示色。此处，还参照图2 图5，对显示元件2的像素结构进行具体的说明。图2是说明图I所示的显示元件的像素区域的主要部分的具体的结构的图。图3是表示从显示面一侧观看的情况下的图I所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图4是表示从非显示面一侧观看的情况下的图I所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图5 (a)和图5 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图I所示的显示元件的主要部分结构的截面图。另外，在图3和图4中，为了图面的简单化，表示有设置在上述显示面的多个像素中的、在图I的左上端部排列的9个像素。此外，在图4，为了图面的简单化，省略上述源极配线S和栅极配线G的图示。如图2所示，在显示元件2，多个像素区域中的各个像素区域以源极配线S与栅极配线G的交叉部为单位被设定，在该交叉部的附近设置有作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)SW、作为第二电极的像素电极8和电容器C。即，在显示元件2，在各像素区域，薄膜晶体管SW的源极电极和栅极电极分别与源极配线S和栅极配线G连接。此外，该薄膜晶体管Sff的漏极电极与像素电极8连接，像素电极8与由后述的电介质层14构成的电容器C连接，该电介质层14以覆盖该像素电极8的方式设置在下部基板7—侧。而且，在各像素区域，在薄膜晶体管SW根据栅极信号被控制为导通状态时，与视频信号对应的电压作为源极信号经源极配线S和薄膜晶体管SW被供给至像素电极8，与该电压对应的电荷被保持在电容器C (电介质层14)。这样，显示元件2构成按每像素具有开关元件(有源元件)的有源矩阵驱动方式的上述显示部。此外，在图2 图5，显示元件2包括设置于显示面一侧的作为第一基板的上述上 部基板6和设置于上部基板2的背面侧(非显示面一侧)的作为第二基板的上述下部基板7。此外，在显示元件2，上部基板6与下部基板7相互隔开规定的间隔配置，由此，在这些上部基板6与下部基板7之间形成有规定的显示用空间K。此外，在该显示用空间K的内部，上述极性液体12和不与该极性液体12混合的绝缘性的被着色的油13以能够在该显示用空间K的内部沿上述Y方向(图4的上下方向)移动的方式被封入，极性液体12能够从后述的非有效显示区域P2 —侧向有效显示区域Pl —侧移动。在极性液体12中，例如使用含有作为溶剂的水和作为溶质的规定的电解质的水溶液。具体而言，例如在极性液体12中使用lmmol/L的氯化钾(KCl)的水溶液。此外，在本实施方式中，极性液体12因为在上述以外不加入任何物质所以是无色透明的。但是，在该极性液体12，也可以为了调节其密度和/或粘度、熔点和/或沸点而混入低级醇和/或乙二醇等水溶性液体，此外，还可以为了着色为红色或绿色、蓝色等而混入自分散型颜料和/或水溶性染料等。此外，在油13中，例如使用在包括自侧链高级醇、侧链高级脂肪酸、烷烃、硅油、匹配油中选出的一种或多种的无极性的溶剂中例如通过颜料和/或染料被着色的油。此外，该油13随着极性液体12的滑动移动在显示用空间K的内部移动。此外，因为油13被着色，所以该油13在各像素作为允许光的透过或阻止光的透过的光闸发挥作用。即，在显示元件2的各像素，如在之后详述的那样，构成为能够通过对油13在显示用空间K的内部位于有效显示区域Pl的面积进行调制，而在光吸收状态与光透过状态之间切换显示。并且，油13例如通过利用分配装置或喷墨装置被涂敷在下部基板6上，由此，以像素区域为单位被封入显示用空间K的内部。在上部基板6使用无碱玻璃基板等透明的玻璃材料或丙烯酸类树脂等透明的合成树脂等透明的透明片材。此外，在上部基板6的非显示面一侧的表面，依次形成有遮光层10和作为第一电极的共用电极9。此外，在下部基板7，与上部基板6同样地使用无碱玻璃基板等透明的玻璃材料、或丙烯酸类树脂等透明的合成树脂等的透明的透明片材。此外，在下部基板7的非显示面一侧的表面设置有上述像素电极8和上述薄膜晶体管SW，而且，以覆盖这些像素电极8和上述薄膜晶体管SW的方式形成有上述电介质层14。此外，在该电介质层14的显示面一侧的表面，设置有肋11，该肋11具有以与Y方向和X方向分别平行的方式设置的第一肋部件Ila和第二肋部件lib。并且，在下部基板7，以覆盖电介质层14和肋11的方式设置有拨水膜15。另外，在上述的说明以外，也可以为薄膜晶体管SW不被电介质层14覆盖的结构。此外，在下部基板7的背面侧(非显示面一侧)，例如一体地安装有发出白色的照明光的背光源16，构成透过型的显示元件2。另外，在背光源16能够使用冷阴极荧光管或LED等光源。在像素电极8使用包括ITO等透明电极材料的透明电极。此外，该像素电极8以设置于有效显示区域Pl的下方的方式设置在下部基板7上。此外，薄膜晶体管SW以设置在非有效显示区域P2的下方的方式设置在下部基板7上。在共用电极9，与像素电极8同样使用包括ITO等透明电极材料的透明电极。此 夕卜，在该共用电极9使用平面状的透明电极，共用电极9覆盖被设置于显示面的所有像素。在遮光层10设置有作为遮光膜的黑矩阵部IOs ;和以具有规定的形状的方式构成的开口部10a。此外，在显示元件2，如图3所例示的那样，在各像素区域P，在与像素的有效显示区域Pl对应的位置设置有开口部10a，在与非有效显示区域P2对应的位置设置有黑矩阵部10s。S卩，在显示元件2，对上述显示用空间S，通过黑矩阵部(遮光膜)IOs设定非有效显示区域P2 (非开口部)，通过在该黑矩阵部IOs形成的开口部IOa设定有效显示区域Pl。并且，在显示元件2，在显示用空间K以使得极性液体12沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。具体而言，在以在显示面的上下方向(Y方向)与铅垂方向大致平行的方式设置图像显示装置I的情况下，在显示元件2，其有效显示区域Pl和非有效显示区域P2也以与铅垂方向大致平行的方式被设定。此外，在显示元件2，开口部IOa的面积选择为与有效显示区域Pl的面积相同或稍小的值。另一方面，黑矩阵部IOs的面积选择为与非有效显示区域P2的面积相同或稍大的值。另外，在图3，为了明确相邻的像素的边界部而以虚线表示与相邻的像素对应的两个黑矩阵部IOs间的边界线，但是在实际的遮光层10并不存在黑矩阵部IOs间的边界线。此外，在显示元件2，通过作为上述分隔壁的肋11，以像素区域P为单位划分显示用空间K。即，在显示元件2，如图4所例示的那样，通过彼此相对的高度适当的两个第一肋部件Ila和彼此相对的高度适当的两个第二肋部件11b，划分各像素的显示用空间K。并且，在显示元件2，利用第一和第二肋部件IlaUlb防止极性液体12容易地流入相邻的像素区域P的显示用空间K的内部。即，在第一和第二肋部件IlaUlb使用例如负型的光固化性树脂，第一和第二肋部件IlaUlb具有透光性。此外，对于这些第一和第二肋部件I la、I Ib，以防止极性液体12在相邻的像素间流出流入的方式决定从电介质层14突出的高度。另外，除上述的说明以外，例如也可以为使第一和第二肋部件IlaUlb相互分离的结构，而使得在像素区域P的四个角产生间隙。此外，也可以以使得相邻的像素区域P彼此气密地被区分的方式，使构成为上述框状的肋11的前端部与上部基板2—侧紧密地相接。
电介质层14例如包括含有氮化硅、氧化铪、二氧化钛、或者钛酸钡的透明的电介质膜。此外，在拨水膜15中，使用透明的合成树脂，优选使用在施加电压时相对于极性液体12成为亲水层的、例如氟类树脂。由此，在显示元件2，能够使下部基板7的显示用空间K 一侧的各表面一侧的与极性液体12之间的润湿性(接触角)大幅变化，能够实现极性液体12的移动(变形)速度的高速化。在上述那样构成的显示元件2的各像素，如图5 Ca)所例示的那样，当油13被保持在开口部IOa的下方时,来自背光源16的光被油13遮挡,进行黑色显不。另一方面，如图5 (b)所例示的那样，当油13被保持在黑矩阵部IOs的下方时，来自背光源16的光不被油13遮挡，而是通过开口部10a，由此，利用该背光源16的光进行白色显示。此处，对上述那样构成的本实施方式的图像显示装置I的显示动作进行具体的说明。
在图1，显示控制部3例如在从该图的上侧向下侧的规定的扫描方向、从栅极驱动器5对栅极配线G依次输出使薄膜晶体管SW为导通状态的栅极信号。然后，当薄膜晶体管SW成为导通状态时，显示控制部3从源极驱动器4向源极配线S输出与视频信号对应的源极信号(电压信号)。由此，在对应的像素，来自源极配线S的电压被施加至像素电极8，电荷蓄积在电容器C (电介质层14)。此外，该蓄积的电荷在至下一次选择栅极配线G为止的I中贞的时间，被维持在电容器C。此外，在显示元件2，在进行图5 Ca)所示的黑色显示时，以使得像素电极8与共用电极9之间的电位差为OV的方式，从源极驱动器4经源极配线S向像素电极8输出源极信号。当对像素电极8进行这样的电压施加时，如图5 (a)所示，该显示区域P内的极性液体12成为与拨水膜的亲和性比较高的油13位于开口部IOa的下方那样的状态，成为完全覆盖该开口部IOa的状态。其结果是，在显示元件2，来自背光源16的光被油13遮挡，进行黑色显示。此外，在显示元件2，在进行图5 (b)所示的白色显示时，以使得像素电极8与共用电极9之间的电位差成为规定的电压值(例如，16V)的方式，从源极驱动器4经源极配线S向像素电极8输出源极信号。当向像素电极8进行这样的电压施加时，在拨水膜15的表面蓄积电荷，亲水性变高，因此，该像素区域P内的极性液体12如图5 (b)所示那样以位于开口部IOa—侧的下方的状态被保持。其结果是，在显示元件2，来自背光源16的光不被油13遮挡，被容许向使用者等观察者一侧射出，进行白色显示。此外，在显示元件2，如果以使得像素电极8与共用电极9中间的电位差成为OV与上述规定的电压值之间的电压值的方式、从源极驱动器4经源极配线S向像素电极8输出源极信号，则能够进行与该电压值对应的中间灰度的显示。即，油13根据被施加至像素电极8的电压向开口部IOa的下方一侧移动，由此，相对于开口部IOa的、油13的遮蔽率发生变化，向观察者一侧射出的来自背光源16的光的射出量也发生变化，由此能够进行中间灰度的显示。在以上那样构成的本实施方式的显示元件2，在显示用空间K，以使得极性液体12沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。由此，即使在进行中间灰度的显示时，也能够抑制由极性液体12自身向观察者一侧射出的光的射出量相对于显示元件2的方位角方向发生大幅变化的情况。其结果是，在本实施方式中，与上述现有例不同，能够构成无论在观察者从哪一方位角方向观看显示的情况下均能够抑制进行中间灰度的显示时的显示品质的下降的显示元件2。特别是，在本实施方式的显示元件2，当在车站内或祭场、或者街道的一角等用于广告显示和应用于显示面沿铅垂方向(重力的作用方向)设置的彩色看板等图像显示装置(电气设备)I时，能够极力抑制显示品质的下降。此处，参照图6和图7，具体地说明本实施方式的显示元件2的效果。图6是说明图I所示的显示元件的视野角特性的图，图6 Ca)是说明具体的观看点的图，图6 (b)是说明天地方向的不同角度的视野角特性的图。图7 (a)和图7 (b)分别是说明图6 (a)所示的观看点的、天地方向和左右方向的透射率的角度依赖性的图表。
本申请的发明人为了验证本实施方式的显示元件2的上述效果，在图6 Ca)的点A，对使观看方向变化的情况下的光射出量的变化进行了模拟。在该模拟中，在显示面沿铅垂方向设置的情况下，如图6 (b)所示，在极性液体12的前端位于点A的大致下方的状态(即，不进行完全的黑色显示，而进行若干中间灰度的显示的状态)，作为使观看方向变化后的情况下的光射出量求取光的透射率。并且，在该模拟中，令油13的颜料的浓度为4wt%，令上部基板6与下部基板7之间的尺寸(单元间隙尺寸)为20 m。如图6 (b)中箭头LI所例示的那样，在点A，在从天地方向的天侧(与重力的作用方向相反的一侧)观看显示元件2的情况下，来自背光源16的光不被油13遮挡而向观察者一侧射出，具有与该光对应的亮度的显示被看到。此外，如图6 (b)中箭头L2所示，在点A，在从与天地方向正交的方向(与显示面垂直的方向)观看显示元件2的情况下，来自背光源16的光不被油13遮挡而向观察者一侧射出，具有与该光对应的亮度的显示被看到。另一方面，如图6 (b)中箭头L3所例示的那样，在点A，在从天地方向的地侧(重力的作用方向一侧)观看显示元件2的情况下，来自背光源16的光被油13遮挡而不向观察者一侧射出。其结果是，不能看到具有亮度的显示，被识别为黑色显示。并且，在点A，在令从与天地方向正交的方向(与显示面垂直的方向)观看显示元件2的情况(即，图6 (b)中箭头L2所示的情况)为0度、令天地方向的天侧和地侧分别为“ + ”侧和侧时，在点A，使观看方向变化的情况下的透射率的角度依赖性的模拟的结果在图7 (a)表示。如图7 (a)的曲线60所示，在天地方向的天侧，即使在使观看方向变化时，来自背光源16的光也不被油13遮挡，透射率取与上述0度时相同的值(在曲线60表示为“I”)。另一方面，如曲线60所示，随着使观看方向向天地方向的地侧变化，来自背光源16的光被油13遮挡，透射率成为小的值。如上所述，在本实施方式的显示元件2，在显示用空间K，以使得极性液体12和油13沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2，因此，在天地方向存在透射率的角度依赖性。与此相对，在显示面的左右方向(S卩，与图6 (b)的纸面垂直的方向)，即使使观看方向相对于点A变化，来自背光源16的光也不被油13遮挡。具体而言，由图7 (b)中直线70所示的模拟结果可知，即使在显示面的左右方向使观看方向变化，来自背光源16的光也不被油13遮挡，透射率成为全部相同的值。即，在本实施方式的显示元件2，在上述左右方向，不存在透射率的角度依赖性。其结果是，确认到在本实施方式的显示元件2，在应用于上述彩色等图像显示装置(电气设备)I的情况下，根据观察者的观看方向，能够抑制向观察者一侧射出的光的光射出量的大幅变化，能够极力抑制显示品质的下降。此外，在本实施方式的显示元件2，非有效显示区域P2通过设置在上部基板6的黑矩阵部(遮光膜)IOs被设定，有效显示区域Pl通过开口部IOa被设定，因此，能够对显示用空间K恰当且可靠地设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。此外，在本实施方式的显示元件2，源极配线(数据配线)S和栅极配线G在下部基板7上呈矩阵状设置，平面状的共用电极(透明电极)9设置在上部基板6。此外，在本实施方式的显示元件2，多个显示区域P中的各个显示区域P以源极配线S与栅极配线G的交叉部为单位设置，并且在各像素区域P，显示用空间K通过高度适当的肋(分隔壁)11被划分。并且，在本实施方式的显示元件2，在各像素区域P，设置有薄膜晶体管(开关元件)SW、像素电极(第二电极)8和电介质层(电容器)14。由此，在本实施方式中，能够构成具有优异的显示品质的矩阵驱动方式的显示元件2。此外，在本实施方式的图像显示装置(电气设备)I，在显示部使用无论在观察者从 哪一方位角方向观看显示的情况下均能够抑制在进行所期望的中间灰度的显示时显示品质下降的情况的显示元件2，因此能够容易地构成具有优异的显示性能的图像显示装置I。[第二实施方式]图8 (a)和图8 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、本发明的第二实施方式的显示元件的主要部分的结构的截面图。在图中，本实施方式与第一实施方式的主要的不同点在于，使用反射电极作为像素电极(第二电极)。另外，对于与上述第一实施方式共同的要素，标注相同的附图标记，并省略对其重复的说明。S卩，如图8 (a)和图8 (b)所示，在本实施方式的显示元件2，作为第二电极，按每像素区域P在下部基板7上设置有反射电极17。此外，在本实施方式的显示元件2，与第一实施方式的显示元件2不同，省略背光源的设置。而且，在本实施方式的显示元件2，如图8 (a)所例示的那样，当油13被保持在开口部IOa的下方时，从上部基板6 —侧射入的来自外部的光被油13遮挡，进行黑色显示。另一方面，如图8 (b)所例示的那样，当油13被保持在黑矩阵部IOs的下方时，来自上述外部的光不被油13遮挡，而通过开口部10a，进一步被反射电极17向外部侧反射，由此利用该来自外部的光进行白色显示。根据以上的结构，在本实施方式中，能够得到与上述第一实施方式相同的作用和效果。此外，在本实施方式中，作为像素电极(第二电极)，使用反射电极17，因此，能够使用来自显示元件2的外部的光显示信息。其结果是，能够省略背光源的设置，能够容易地构成消耗电力少的小型的显示元件2。[第三实施方式]图9是说明本发明的第三实施方式的显示元件和图像显示装置的平面图。在图中，本实施方式与上述第一实施方式的主要不同点在于使用作为第一电极的信号电极、作为第二电极的参照电极和扫描电极。另外，对与上述第一实施方式共同的要素，标注相同的附图标记，并省略对其重复的说明。S卩，如图9所示，在本实施方式的图像显示装置I设置有使用本实施方式的显示元件2’的显示部，在该显示部构成有矩形的显示面。此外，本实施方式的显示元件2’与第一实施方式的显示元件同样，由上部基板6与下部基板7的重叠部分形成上述显示面的有效显示区域(详细情况后述。)。此外，在显示元件2’，多个信号电极18相互隔开规定的间隔且沿Y方向设置为条纹状。此外，在显示元件2’，多个参照电极19和多个扫描电极20相互交替且沿X方向设置为条纹状。这些多个信号电极18与多个参照电极19和多个扫描电极20以相互交叉的方式设置，在显示元件2’，多个像素区域中的各个像素区域以信号电极18与扫描电极20的交叉部为单位设置。此外，这些多个信号电极18、多个参照电极19和多个扫描电极20相互独立，以能够被施加作为第一电压的高(High)电压(以下称为“H电压”)与作为第二电压的低(Low)电压(以下称为“L电压”)之间的规定的电压范围内的电压的方式构成(详细情况后述)。并且，在显示元件2’，如在之后详细说明的那样，上述多个像素区域中的各像素区域通过分隔壁被划分。而且，在显示元件2’，按以矩阵状设置的多个像素(显示单元)中的 每个像素，通过电润湿现象使后述的极性液体12’移动，以改变显示面一侧的显示色。此外，在多个信号电极18、多个参照电极19和多个扫描电极20,各自的一个端部侧被引出至显示面的有效显示区域的外侧，形成端子部18a、19a和20a。在多个信号电极18的各端子部18a，经配线21a与信号驱动器21连接。信号驱动器21构成信号电压施加部，在图像显示装置I在显示面显示包含文字和图像的信息的情况下，对多个信号电极18中的各个信号电极18施加与信息对应的信号电压Vd。此外，在多个参照电极19的各端子部19a，经配线22a与参照驱动器22连接。参照驱动器22构成参照电压施加部，在图像显示装置I在显示面显示包含文字和图像的信息的情况下，对多个参照电极19中的各个参照电极19施加参照电压Vr。此外，在多个扫描电极20的各端子部20a，经配线23a与扫描驱动器23连接。扫描驱动器23构成扫描电压施加部，在图像显示装置I在显示面显示包含文字和图像的信息的情况下，对多个扫描电极20中的各个扫描电极20施加扫描电压Vs。此外，在扫描驱动器23，将阻止上述极性液体移动的非选择电压与允许极性液体根据信号电压Vd移动的选择电压中的一个电压作为扫描电压Vs对多个扫描电极20中的各个扫描电极20施加。此外，参照驱动器22构成为参照扫描驱动器23的动作而动作，在参照驱动器22，将阻止上述极性液体移动的非选择电压与允许极性液体根据信号电压Vd移动的选择电压中的一个电压作为扫描电压Vr对多个参照电极19中的各个参照电极19施加。而且，在图像显示装置1，扫描驱动器23例如对从图9的上侧至下侧的各扫描电极20依次施加选择电压，且参照驱动器22与扫描驱动器23的动作同步地对从图9的上侧至下侧的各参照电极19依次施加选择电压，由此进行每个行的扫描动作(详细情况后述)。此外，在信号驱动器21、参照驱动器22和扫描驱动器23包括直流电源或交流电源，供给对应的信号电压Vd、参照电压Vr和扫描电压Vs。此外，参照驱动器22以按每规定的时间(例如I帧)切换参照电压Vr的极性的方式构成。而且，扫描驱动器23以与参照电压Vr的极性的切换对应地切换扫描电压Vs的各极性的方式构成。这样，参照电压Vr和扫描电压Vs的各极性按每规定的时间被切换，因此，与总是对参照电极19和扫描电极20施加相同极性的电压时相比，能够防止这些参照电极19和扫描电极20的电荷的局部存在。进而，能够防止电荷的局部存在所引起的显示不良(残像现象)和可靠性(寿命下降)的不良影响。此处，还参照图10 图12，对显示元件2’的像素结构进行具体的说明。图10是表示从显示面一侧观看的情况下的图9所示的上部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图11是表示从非显示面一侧观看的情况下的图9所示的下部基板一侧的主要部分结构的放大平面图。图12 (a)和图12 (b)分别是表示黑色显示时和白色显示时的、图9所示的显示元件的主要部分结构的截面图。另外，在图10和图11中，为了图面的简单化，图中表示了设置在上述显示面的多个像素中的、在图9的左上端部排列的9个像素(之后说明的图14也同样)。在图10 图12，显示元件2’与第一实施方式的显示元件同样，包括作为设置于显示面一侧的第一基板的上述上部基板6和作为设置于上部基板6的背面侧(非显示面一侧)的第二基板的上述下部基板7。此外，在显示元件2’，在上部基板6与下部基板7之间形成 有规定的显示用空间K。此外，在该显示用空间K的内部，上述极性液体12’和油13’以能够在该显示用空间K的内部、在上述Y方向(图10的上下左右方向)移动的方式被封入，极性液体12’能够向有效显示区域Pl —侧或非有效显示区域P2 —侧移动。此外，在本实施方式的显示元件2’，与第一实施方式不同，作为极性液体12’，例如使用利用自分散型颜料着色为黑色的液体，作为油13’，使用无色透明的油。即，在本实施方式的显示元件2’，极性液体12’在各像素作为允许光的透过或阻止光的透过的光闸发挥作用。此外，在本实施方式的显示元件2’的各像素，如在之后详述的那样，极性液体12’显示用空间K的内部向参照电极19 一侧(有效显示区域Pl —侧)或扫描电极20 —侧(非有效显示区域P2 —侧)滑动移动，由此，显示色被改变为黑色或白色。此外，在上部基板6的非显示面一侧的表面，依次形成有遮光层10、作为第一电极的信号电极18和拨水膜24。此外，在下部基板7的显示面一侧的表面，设置有作为第二电极的上述参照电极19和上述扫描电极20。并且，以覆盖这些参照电极19和扫描电极20的方式形成有上述电介质层14。此外,在该电介质层14的显不面一侧的表面,与第一实施方式同样,设置有肋11，该肋11具有以与Y方向和X方向分别平行的方式设置的第一肋部件Ila和第二肋部件lib。并且，在下部基板7，以覆盖电介质层14和肋11的方式设置有拨水膜15。在遮光层10，与第一实施方式同样，设置有作为遮光膜的黑矩阵部IOs和以具有规定的形状的方式构成的开口部10a。此外，在显示元件2’，如图10所例示的那样，在各像素区域P，在与像素的有效显示区域Pl对应的位置设置有开口部10a，在与非有效显示区域P2对应的位置设置有黑矩阵部10s。即，在显示元件2’，与第一实施方式同样，对上述显示用空间K，通过黑矩阵部(遮光膜)IOs设定非有效显示区域P2 (非开口部)，通过在该黑矩阵部IOs形成的开口部IOa设定有效显示区域Pl。并且，在显示元件2’，在显示用空间K以使得极性液体12’沿天地方向移动的方式设定有效显示区域Pl和非有效显示区域P2。具体而言，在以在显示面的上下方向(Y方向)与铅垂方向大致平行的方式设置图像显示装置I的情况下，在显示元件2’，其有效显示区域Pl和非有效显示区域P2也以与铅垂方向大致平行的方式被设定。此外，在显示元件2’，与第一实施方式同样，开口部IOa的面积选择为与有效显示区域Pl的面积相同或稍小的值。另一方面，黑矩阵部IOs的面积选择为与非有效显示区域P2的面积相同或稍大的值。另外，在图10，为了明确相邻的像素的边界部而以虚线表示与相邻的像素对应的两个黑矩阵部IOs间的边界线，但是在实际的遮光层10并不存在黑矩阵部IOs间的边界线。此外，在显示元件2’，与第一实施方式同样，显示用空间K通过作为上述分隔壁的肋11，以像素区域P为单位划分。即，在显示元件2’，如图11所例示的那样，各像素的显示用空间K通过彼此相对的高度适当的两个第一肋部件Ila和彼此相对的高度适当的两个第二肋部件Ilb被划分。并且，在显不兀件2’，与第一实施方式同样,利用第一和第二肋部件IlaUlb防止极性液体12’容易地流入相邻的像素区域P的显示用空间K的内部。S卩，在第一和第二肋部件IlaUlb使用例如负型的光固化性树脂，第一和第二肋部件IlaUlb具有透光性。此外，在这些第一和第二肋部件11a、11b，从电介质层14突出的高度以防止极性液体12’在相邻的像素间流出流入的方式决定。 在参照电极19和扫描电极20，使用氧化铟类(IT0)、氧化锡类(SnO2)或氧化锌类(AZ0、GZ0、或IZ0)等透明的电极材料。该各参照电极19和各扫描电极20利用溅射法等周知的成膜方法、呈带状形成在下部基板7上。在信号电极18，使用以与Y方向平行的方式配置的线状配线。此外，在该信号电极18使用ITO等透明电极材料。并且，信号电极18在遮光层10上以通过各像素区域P的X方向的大致中心部的方式设置，以经拨水膜24与极性液体12’电接触的方式构成。由此，在显示元件2’，能够实现显示动作时的极性液体12’的响应性的提高。此外，在拨水膜24中，使用透明的合成树脂，优选使用在施加电压时相对于极性液体12’成为亲水层的、例如氟类树脂。由此，在显示元件2’，能够使在上部基板6的显示用空间K 一侧的表面一侧的与极性液体12’之间的润湿性(接触角)大幅变化，能够实现极性液体12’的移动(变形)速度的高速化。在上述那样构成的显示元件2’的各像素，如图12 (a)所例示的那样，当极性液体12’被保持在黑矩阵部IOs与参照电极19之间时，来自背光源16的光不被极性液体12’遮挡，而通过开口部10a，由此利用该背光源16的光进行白色显示。另一方面，如图12 (b)所例示的那样，当极性液体12’被保持在开口部IOa与扫描电极20之间时，来自背光源16的光被极性液体12’遮挡，进行黑色显示。此处，还参照图13，对上述那样构成的本实施方式的图像显示装置I的显示动作进行具体的说明。图13是说明上述图9所示的图像显示装置的动作例的图。在图13，参照驱动器22和扫描驱动器23，例如在从该图的上侧朝向下侧的规定的扫描方向，对参照电极19和扫描电极20，分别依次施加上述选择电压作为参照电压Vr和扫描电压Vs。具体而言，参照驱动器22和扫描驱动器23，对参照电极19和扫描电极20，分别依次施加H电压(第一电压)和L电压(第二电压)作为选择电压，进行选择线的扫描动作。此外，在该选择线，信号驱动器21根据来自外部的图像输入信号，对对应的信号电极18施加H电压或L电压作为信号电压Vd。由此，在选择线的各像素，极性液体12’向有效显示区域Pl —侧或非有效显示区域P2 —侧移动，显示面一侧的显示色被改变。另一方面，对非选择线、即剩余的所有参照电极19和扫描电极20，参照驱动器22和扫描驱动器23分别施加上述非选择电压作为参照电压Vr和扫描电压Vs。具体而言，参照驱动器22和扫描驱动器23对剩余的所有参照电极19和扫描电极20例如施加上述H电压和L电压的中间的电压即中间电压(Middle电压，以下称为“M电压”)作为非选择电压。由此，在非选择线的各像素，极性液体12’在有效显示区域Pl —侧或非有效显示区域P2 —侧不发生不必要的变动而静止，显示面一侧的显示色不被改变。在进行上述那样的显示动作的情况下，施加向参照电极19、扫描电极20和信号电极18的施加电压的组合如表I所示。而且，极性液体12’的状态和显示面一侧的显示色如表I所示那样与施加电压对应。另外，在表1，将H电压、L电压和M电压分别简记为“H”、“L”、“M”(与之后提出的表2 表4相同)。此外，H电压、L电压和M电压的具体的值分别例如为+16V、0V和+8V。 [表 I]
权利要求
1.一种显示元件，其特征在于，包括 设置于显示面一侧的第一基板； 第二基板，其以规定的显示用空间形成于所述第一基板与所述第二基板之间的方式设置于该第一基板的非显示面一侧； 在所述显示用空间设定的有效显示区域和非有效显示区域；和极性液体，其以至少能够向所述有效显示区域一侧移动的方式被封入所述显示用空间的内部， 所述显示元件构成为能够通过使所述极性液体移动来改变所述显示面一侧的显示色， 所述显示元件还包括 第一电极，其以与所述极性液体接触的方式设置于所述显示用空间的内部；和第二电极，其以与所述极性液体和所述第一电极电绝缘的状态，设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧， 在所述显示用空间，以使得所述极性液体沿天地方向移动的方式设定有所述有效显示区域和所述非有效显示区域。
2.如权利要求I所述的显示元件，其特征在于 所述非有效显示区域由设置于所述第一基板和所述第二基板中的另一个基板一侧的遮光膜设定， 所述有效显示区域由形成于所述遮光膜的开口部设定。
3.如权利要求I或2所述的显示元件，其特征在于 所述有效显示区域和所述非有效显示区域以与铅垂方向大致平行的方式被设定。
4.如权利要求I 3中任一项所述的显示元件，其特征在于 在所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧呈矩阵状地设置有数据配线和栅极配线， 在所述第一基板和所述第二基板中的另一个基板一侧设置有作为所述第一电极的平面状的透明电极， 多个像素区域中的各个像素区域以所述数据配线与所述栅极配线的交叉部为单位设置， 在所述各像素区域设置有与所述数据配线和所述栅极配线连接的开关元件；作为与所述开关元件连接的所述第二电极的像素电极；和保持被供给至所述像素电极的电荷的电容器。
5.如权利要求4所述的显示元件，其特征在于 作为所述像素电极，使用反射电极。
6.如权利要求4或5所述的显示元件，其特征在于 作为上述电容器，使用以覆盖所述像素电极的方式设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧的电介质层。
7.如权利要求4 6中任一项所述的显示元件，其特征在于 所述多个像素区域根据能够在所述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。
8.如权利要求I 3中任一项所述的显示元件，其特征在于 作为所述第一电极，使用设置于所述显示用空间的内部的信号电极，作为所述第二电极，使用参照电极和扫描电极，所述参照电极以设置于所述有效显示区域和所述非有效显示区域中的一个区域一侧的方式设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧，所述扫描电极以设置于所述有效显示区域和所述非有效显示区域中的另一个区域一侧的方式，在与所述参照电极电绝缘的状态下，设置于所述第一基板和所述第二基板中的一个基板一侧。
9.如权利要求8所述的显示元件，其特征在于 多个所述信号电极沿规定的排列方向设置， 多个所述参照电极和多个所述扫描电极以相互交替且与所述多个信号电极交叉的方式设置， 所述显示元件包括 信号电压施加部，其与所述多个信号电极连接，并且根据在所述显示面一侧显示的信息，对所述多个信号电极中的各个信号电极施加规定的电压范围内的信号电压； 参照电压施加部，其与所述多个参照电极连接，并且对所述多个参照电极中的各个参照电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，所述选择电压允许所述极性液体根据所述信号电压在所述显示用空间的内部移动，所述非选择电压阻止所述极性液体在所述显示用空间的内部移动；和 扫描电压施加部，其与所述多个扫描电极连接，并且对所述多个扫描电极中的各个扫描电极施加选择电压和非选择电压中的一个电压，其中，所述选择电压允许所述极性液体根据所述信号电压在所述显示用空间的内部移动，所述非选择电压阻止所述极性液体在所述显示用空间的内部移动。
10.如权利要求9所述的显示元件，其特征在于 多个像素区域中的各个像素区域以所述信号电极与所述扫描电极的交叉部为单位设置。
11.如权利要求8 10中任一项所述的显示元件，其特征在于 在所述参照电极和所述扫描电极的表面上叠层有电介质层。
12.如权利要求8 11中任一项所述的显示元件，其特征在于 所述多个像素区域根据能够在所述显示面一侧进行全彩色显示的多个颜色分别设置。
13.如权利要求I 12中任一项所述的显示元件，其特征在于 在所述显示用空间的内部，以能够在该显示用空间的内部移动的方式封入有不与所述极性液体混合的绝缘性流体。
14.一种电气设备,其特征在于 所述电气设备包括显示包含文字和图像的信息的显示部， 所述显示部使用权利要求I 13中任一项所述的显示元件。
全文摘要
一种显示元件(2)，其包括上部基板(第一基板)(6)；下部基板(第二基板)(7)；对在上部基板(6)与下部基板(7)之间形成的显示用空间(K)设定的有效显示区域(P1)和非有效显示区域(P2)；和以能够移动的方式被封入显示用空间(K)的内部的极性液体(12)，在该显示元件(2)设置有共用电极(第一电极)(9)和像素电极(第二电极)(8)。并且，在显示用空间(K)，以使得极性液体(12)沿天地方向移动的方式设定有效显示区域(P1)和非有效显示区域(P2)。
文档编号G09F9/37GK102770803SQ201080064299
公开日2012年11月7日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年3月8日
发明者中村浩三, 友利拓马, 松冈俊树, 植木俊 申请人:夏普株式会社
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