JP2001147654A

JP2001147654A - 表示装置

Info

Publication number: JP2001147654A
Application number: JP33211299A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hirano; 貴之平野; Yoshito Fukumoto; 吉人福本; Takashi Kinoshita; 隆木下; Yasushi Goto; 裕史後藤; Koichi Miyata; 浩一宮田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて低い消費電力で静止画及び文字を表示
できると共に高いコントラストの動画を表示することが
でき、更に製造コスト及び歩留まりを向上させることが
できる表示装置を提供する。【解決手段】表示素子１は、強誘電体薄膜３と、その
裏面に形成された下部電極２と、強誘電体薄膜３の表面
上にアレイ状に形成され、光を反射する可動電極である
上部電極５と、下部電極２及び上部電極５に電荷を与え
る駆動手段とから構成されている。そして、駆動手段に
より両電極間に電圧を印加すると上部電極５が静電引力
により強誘電体薄膜３へ引き寄せられて第２位置をとる
か又は静電反発力により強誘電体薄膜３から離れた第１
位置をとるかして、入射光６を第１位置又は第２位置に
ある上部電極５により反射させて変調する。強誘電体薄
膜３は、静電気力を蓄積し、分極状態を保持するため、
表示素子１はメモリ性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、文字又は画像を表
示する表示装置に関し、特に、低電圧及び低消費電力で
あり、製造コスト及び歩留まりの低減を図った表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯情報機器及び家電電化製品等の表示
デバイスとして、薄型で軽量であり、更に低消費電力で
ある等の特長を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ（Liqu
id Crystal Display））が多く使用されている。ＬＣＤ
はこのような優れた特性を持つ反面、原理的に、見る方
向によってコントラストが低下する視野角依存性を有す
る点、及び偏光板が必要で光の利用効率が悪い点等の問
題点がある。

【０００３】これに対し、半導体微細加工技術を使用し
て微小なミラーを作成し、これを電気的に駆動すること
によって画像を表示する装置が提案されている（以下、
従来例１）。例えば、Digital Micromirror Device（Ｄ
ＭＤ）と称される素子は、半導体集積回路上に形成した
微小なミラーを静電気力により傾斜させて、駆動し、光
源からの光を反射投影するディスプレイ素子として製品
化されている（（米）Texas Instruments社）。

【０００４】また、グレイティングライトバルブ（Grat
ing Light Valve（ＧＬＶ））素子と称される位相回折
格子デバイスは、光の回折を利用して光を変調すること
ができ、このデバイスもディスプレイ素子として開発さ
れている（U.S. Patent No5,311,360）。このデバイス
は、光を反射する電極を有し、この電極は、電圧を印加
すると上下に移動する可動電極と、電圧を印加しても移
動しない固定電極とからなるため、可動電極を移動させ
ることにより、可動電極と固定電極とにより反射される
光の光路差を変化させることができ、これにより光を回
折することができる。

【０００５】このような微小ミラーを形成し、これを静
電気力で直接駆動することにより、光のロスが小さく、
小型で、高解像度、高コントラスト及び高速応答性等の
優れた特性を有するディスプレイを実現することができ
る。また、同様の光学変調素子として、特開平８−１５
６２１号公報に記載の技術及び特開平７−９０４３６号
公報に記載の形状記憶合金を使用したものがある。

【０００６】また、ディスプレイ用途ではないが、同様
の中空電極（カンチレバー）を有する構造の素子では、
例えば電極間の絶縁層として窒化シリコン膜を利用した
ものがある（Apply.Phs.Lett.Vol.69,No.10,p1471（199
6）：以下、従来例２）。窒化シリコンは絶縁体であり
ながら、膜中に真電荷を蓄える性質があり、これにより
短時間ながら上下電極の吸着状態を保持することができ
る。

【０００７】一方、動画を表示する場合、一般に、点状
の画素を有し、あらゆる画像及び文字を表示することが
できる表示装置として、マトリックス型の表示装置があ
る（以下、従来例３）。このような表示装置は、通常、
画素の１つ１つを選択表示させるために、経時的に順次
画素を選択するような動作モードをとる。即ち、走査線
の数が増して画素数が増すほど画素１つに信号が送られ
る時間が短くなるため、メモリ性を持たない場合のデメ
リットとして、コントラストが低下するという問題点が
ある。これを防ぐために、例えばＬＣＤの場合には画素
の１つ１つに制御トランジスタ（Thin ＴＦＴ）を形成
することにより、高コントラスト化を図っている。前者
のようなマトリックス型は単純マトリックス方式とい
い、後者のようなマトリックスはアクティブマトリック
ス方式という。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１のようなＭＥＭＳ技術を利用したディスプレイは、通
常、電圧印加を停止した状態（ＯＦＦ状態）では、表示
状態が維持されない。即ち、この種のディスプレイはメ
モリ性を有しないディスプレイであり、静止画像を表示
する場合でも、常に各画素に信号を書き続ける必要があ
る。このため、ＭＥＭＳ技術を利用したディスプレイに
おいては、消費電力が上記ＬＣＤ等の他のディスプレイ
技術に対して高くなり、例えば携帯情報末端又はＩＣカ
ード等用の低消費電力を要求される表示装置として実用
化されていない。

【０００９】また、従来例２の技術においては、蓄積さ
れた電荷が時間と共に必ず放出されるため、この状態を
いつまでも保持することは不可能である。このため、例
えばこの技術をディスプレイ技術に応用したとしても、
完全なメモリ性を有していないため、コントラストの低
下及び高消費電力等の問題点がある。

【００１０】更に、従来例３のように、ＬＣＤ等の画素
の１つ１つに制御トランジスタを形成する技術は、上述
のＤＭＤ素子の各画素にトランジスタを形成したアクテ
ィブマトリックス型であり、更に、他のＭＥＭＳ技術に
よるディスプレイでも各画素にトランジスタを形成する
ことにより同様に高コントラストを図ることができる
が、このように各画素にトランジスタを形成すると、製
造コストが増大すると共に、歩留まりの低下を生じると
いう問題点がある。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、極めて低い消費電力で静止画及び文字を表
示できると共に高いコントラストの動画を表示すること
ができ、更に製造コスト及び歩留まりを向上させること
ができる表示装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表示装置
は、分極状態を保持可能の絶縁層と、前記絶縁層の裏面
上に形成された固定電極と、前記絶縁層の表面上にアレ
イ状に複数個形成され光を反射する可動電極と、前記固
定電極及び可動電極に夫々正及び負又は負及び正の電荷
を選択的に与える駆動手段とを有し、前記可動電極はそ
の一端が前記絶縁層に固定され他端は前記絶縁層との静
電反発力により前記絶縁層から離れた第１位置と前記絶
縁層との静電引力により前記絶縁層に引き寄せられた第
２位置とをとるものであり、前記入射光を前記第１位置
又は第２位置にある可動電極により反射させることによ
り前記入射光を変調するものであることを特徴とする。

【００１３】本発明に係る他の表示装置は、分極状態を
保持可能の絶縁層と、前記絶縁層の裏面上に形成された
固定電極と、前記絶縁層の表面上にアレイ状に複数個形
成され光を反射する可動電極と、前記固定電極及び可動
電極に夫々正及び負又は負及び正の電荷を選択的に与え
る駆動手段とを有し、前記可動電極は有色インク内に浸
漬され、その一端が前記絶縁層に固定され他端は前記絶
縁層との静電反発力により前記絶縁層から離れた第１位
置と前記絶縁層との静電引力により前記絶縁層に引き寄
せられた第２位置とをとるものであり、前記入射光を第
１位置にある可動電極により反射させるか又は前記可動
電極が第２位置にあって前記入射光を有色インクにより
吸収させることにより前記入射光を変調するものである
ことを特徴とする。

【００１４】本発明に係る他の表示装置は、アレイ状に
複数個配置され光を反射する可動電極と、固定電極と、
前記各可動電極の裏面の一部と前記固定電極との間に設
けられ分極状態を保持可能の絶縁層と、前記固定電極及
び可動電極に夫々正及び負又は負及び正の電荷を選択的
に与える駆動手段と、を有し、前記可動電極は静電反発
力により前記絶縁層の側面から離隔した第１位置と静電
引力により前記絶縁層の側面に引き寄せられた第２位置
とをとるものであり、前記入射光を第１位置にある可動
電極により反射させるか否かにより前記入射光を変調す
るものであることを特徴とする。

【００１５】またこの場合は、固定電極に光を吸収する
光吸収層を形成し、入射光を第１位置にある可動電極に
より反射させるか又は可動電極が第２位置にあって前記
入射光を前記光吸収層により吸収させることにより前記
入射光を変調するものとしてもよい。

【００１６】本発明に係る他の表示装置は、アレイ状に
複数個配置され光を反射する可動電極と、固定電極と、
前記各可動電極の裏面の一部と前記固定電極との間に設
けられ分極状態を保持可能の絶縁層と、前記固定電極及
び可動電極に夫々正及び負又は負及び正の電荷を選択的
に与える駆動手段と、を有し、前記可動電極は有色イン
クに浸漬され、静電反発力により前記絶縁層の側面から
離隔した第１位置と静電引力により前記絶縁層の側面に
引き寄せられた第２位置とをとるものであり、前記入射
光を第１位置にある可動電極により反射させるか又は前
記可動電極が第２位置にあって前記入射光を有色インク
により吸収させることにより前記入射光を変調するもの
であることを特徴とする。

【００１７】本発明においては、両電極間に形成された
絶縁層はその一部又は全部を強誘電体等として、静電気
力によって分極した状態を保持する機能を有しているた
め、電圧の印加を止めても絶縁層の分極状態が保持され
るにより、可動電極は分極した絶縁層に引き寄せられた
第２位置又は反発された第１位置を維持することができ
る。従って、表示素子がメモリ性を有するため、低電圧
かつ低消費電力で高コントラストの反射型の表示装置を
低コストで得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る表示
装置について、添付の図面を参照して具体的に説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例に係る表示装置の各
素子１を示す模式的断面図である。図１に示すように、
表示素子１は、基板（図示せず）上に、アレイ状に複数
個形成された固定電極である下部電極２と、この下部電
極２上に形成され分極状態を保持可能の絶縁層（強誘電
体薄膜３）と、その絶縁層上に一端は固定され、他端は
絶縁層と（エア）ギャップ４を介してアレイ状に形成さ
れた可動電極としての上部電極５と、下部電極２及び上
部電極５に正及び負又は負及び正の電荷を選択的に与え
る駆動手段（図示せず）と、により構成されている。な
お、下部電極２はアレイ状に形成された複数の個別電極
ではなく１個のベタ層であっても良い。

【００１９】絶縁層は強誘電体からなる強誘電体薄膜３
であり、この強誘電体薄膜３としては、例えば、Ｐｂ
（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ₃（ＰＺＴ：米国ヴァーニトロン社商
標）又はＳｒＢｉＴａＯ₃（ＳＢＴ）等を使用すること
ができる。また、この絶縁層は、絶縁層全体が強誘電体
から形成されなくてもよく、例えば絶縁性を向上させる
等の目的により、他の誘電体と共に積層体として形成し
てもよい。

【００２０】また、上部電極５は一端がその下層の強誘
電体薄膜３に固定され、他端は上下に可動の構造となっ
ており、この上部電極５と強誘電体薄膜３との間のギャ
ップ４は、強誘電体薄膜３に対して上部電極５の可動範
囲にあるように適当に調節されて形成されている。更
に、上部電極５の上面は光を反射するミラーとなってお
り、外部からの入射光６は反射光７として効率よく反射
される。そして、本実施例の表示装置は、このような表
示素子１がアレイ状に複数個形成されてディスプレイの
光変調部を構成する。

【００２１】これらの上下の電極は、例えばスパッタリ
ング法等によって形成することができ、また、強誘電体
薄膜３は、例えばゾルゲル法等によって形成することが
できる。強誘電体薄膜３のその他の形成方法としては、
例えば、メッキ、印刷又は粉体焼結等がある。

【００２２】また、上部電極５及び下部電極２には、駆
動手段としての制御装置（図示せず）から正及び負又は
負及び正の電荷が選択的に与えられる。

【００２３】このように構成された第１の実施例の表示
装置においては、制御装置により下部電極２及び上部電
極５に選択的に電荷を与えることによって表示素子１の
可動電極である上部電極５が、分極状態を保持可能の強
誘電体薄膜３との静電引力により強誘電体薄膜３に引き
寄せられた第２位置と強誘電体薄膜３との静電反発力に
より強誘電体薄膜３から離れた第１位置と維持すること
ができ、入射光を第１位置又は第２位置にある上部電極
５により反射させることにより、入射光を変調すること
ができる。これにより、この表示素子１に選択的に電荷
を与えることにより、高いコントラストを有する表示装
置を得ることができる。

【００２４】次に、この表示素子１の動作について更に
詳しく説明する。図２（ａ）乃至（ｄ）は表示素子１の
動作を示す図であって、（ａ）は電極間に直流電圧を印
加する前の状態、（ｂ）は電極間に直流電圧を印加した
状態、（ｃ）は直流電圧の印加を停止した状態、（ｄ）
は（ｂ）とは逆の直流電圧を印加した状態を示す。図２
（ａ）に示すように、表示素子１の上部電極５の一端が
強誘電体薄膜３に固定され、他端は強誘電体薄膜３から
離れた第１位置にある。このとき、強誘電体薄膜３は分
極を生じていなくてもよいし、分極を生じていてもよ
い。

【００２５】そして、図２（ｂ）に示すように、この上
部電極５に正、下部電極２に負の電圧を印加すると、上
部電極５の可動部分が下部電極２との静電引力のために
強誘電体薄膜３に引き寄せられる。そして、上部電極５
が完全に強誘電体薄膜３に接した第２位置まで引き寄せ
られた後、更に大きな大きな電圧を印加すると、印加し
た電圧全てが強誘電体薄膜３にかかるため、強誘電体薄
膜３は上面に負、下面に正の電荷が誘起され、一方向の
分極を有する状態になる。即ち、強誘電体薄膜３の上部
電極５と接する端面に負の面分極電荷が、強誘電体薄膜
３の下部電極２と接する端面に正の面分極電荷が現れ
る。

【００２６】この状態において、図２（ｃ）に示すよう
に、上部電極５及び下部電極２に対する電圧の印加を停
止する（電源をＯＦＦにする）と、強誘電体薄膜３の上
部電極５と接する端面に生じた分極電荷により強誘電体
薄膜３と上部電極５との間には静電引力が生じているた
め、上部電極５は強誘電体薄膜３に引き寄せられた状態
を維持する。

【００２７】その後、図２（ｄ）に示すように、図２
（ｂ）とは反対の電圧を印加する、即ち、上部電極５が
負、下部電極２が正となるように電圧を印加すると、強
誘電体薄膜３の分極電荷とは同種の電荷が電極上に現れ
る。これにより、可動な上部電極５と強誘電体薄膜３と
の間には静電反発力が働き、上部電極５が押し戻され、
上部電極５の強誘電体薄膜３との反発力及び自身の膜応
力のため、上部電極５は元の位置、即ち図２（ａ）に示
す第１位置に戻る。また、この状態において、電圧の印
加を停止すると、図２（ａ）に示すように、上部電極５
は第１位置を維持する。これは、強誘電体薄膜３に保持
された分極状態により誘起する電荷量は小さく、強誘電
体薄膜３と上部電極５との間の距離が引力が働くほどは
接近していないためである。

【００２８】このように、ミラーである上部電極５は、
強誘電体薄膜３に吸着して第２位置をとるか又は反発し
て第１位置をとる上下運動をする可動電極である。そし
て、下部電極２と上部電極５との間の強誘電体薄膜３が
強誘電体であるため、電圧の印加を停止している間にお
いても、その分極状態を保持することができ、上部電極
５が強誘電体薄膜３に吸着されている状態又は反発され
ている状態である第２位置又は第１位置の状態を維持す
ることができる。即ち、本実施例の表示素子１がメモリ
性（不揮発性）を有していることを示す。そして、制御
装置により表示素子１の電極に選択的に電圧を印加して
上部電極５の位置を変動させることにより、高コントラ
ストでメモリ性を有する表示装置が得られる。

【００２９】更に、上記のような動作は、印加電圧であ
る上部電極５の動作電圧が、強誘電体薄膜３の分極反転
電圧と比較して低い場合に実現されるが、分極反転電圧
は強誘電体薄膜３に固有の特性及びその膜厚に依存し、
上部電極５の動作電圧は上部電極５の膜厚並びにギャッ
プ４及び強誘電体薄膜３の厚さに強く依存する。つま
り、これらのパラメータを適当に調整することにより、
容易に上述の動作を実現することができる。例えば、各
層の厚みを画素の大きさ等によって最適化するために、
膜厚を、例えば数ｎｍ乃至数μｍと変化させてもよい。
なお、その膜厚が厚くなるほど粉体焼成又はメッキ等の
方法で形成することが有効になると考えられるが、素子
を形成する電極又は絶縁層の膜厚及び特性は製造方法を
限定するものではない。

【００３０】また、図２（ａ）の状態において、上下の
電極間に印加された電圧による電位差はギャップ４及び
絶縁層である強誘電体薄膜３に夫々分割される。しか
し、本発明においては、この絶縁層は強誘電体であるた
め、例えば石英（ＳｉＯ₂）等の通常の絶縁材料と比較
すると誘電率が２乃至３桁程度大きいため、実効的には
印加された電圧による電位差のほとんどがギャップ４に
かかる。このため、ミラーである上部電極５を駆動させ
る電界が実効的に大きくなり、従って、表示素子を低電
圧及び低消費電力で駆動することができる。

【００３１】更に、上部電極５は一端が強誘電体薄膜３
に固定されたまま、他端は中空にある状態となるため、
反り等がないと共に上下運動に対して再現性を有するよ
うに機械的強度が必要である。このような特性を必要と
する上部電極５として、Ｓｉ、その他の化合物又は金属
薄膜等を積層することにより信頼性を向上させることが
できる。

【００３２】次に、本実施例の表示素子１の製造方法に
ついて説明する。先ず、シリコン基板上にポリシリコン
等により配線を形成し、その上に絶縁膜を形成する。そ
して、絶縁膜にコンタクト及びプラグを形成することに
より、作成する表示素子１の電極と電気的に接続し、表
示素子１の駆動手段とする。

【００３３】次に、シリコン基板上に図１に示す表示素
子１を形成する。シリコン基板上に、例えばＤＣマグネ
トロンスパッタリング法により、Ｉｒ／Ｔｉ積層膜を２
００ｎｍ／１００ｎｍ積層するする。そして、フォトリ
ソグラフィ技術によりパターンを形成し、Ａｒ／Ｃｌ₂
混合雰囲気中でプラズマエッチングすることにより、シ
リコン基板上のＩｒ／Ｔｉ積層膜を分離し、アレイ状の
微小ミラーである下部電極２形成する。

【００３４】その後、下部電極２上に強誘電薄膜３を形
成する。この強誘電体薄膜３として、例えばＰＺＴ薄膜
を使用する場合は、市販されているＰＺＴ溶液等を回転
塗布し、加熱温度が４５０℃で１５分間の仮焼成を行
う。これを、所望の厚さになるまで数回繰り返し、例え
ば約３００ｎｍの膜厚とした後、例えば、加熱温度が６
００℃で１５分間の本焼成を行い、ＰＺＴの強誘電体特
性を発現する結晶状態にする。

【００３５】次に、強誘電体薄膜３に一端を固定し、他
端が中空にあって可動な上部電極５を形成するため、先
ず、フォトレジストにより強誘電体薄膜３上に犠牲層を
形成する。そして、この犠牲層の上に上部電極５を形成
する。上述したように、上部電極５は最終的には中空に
切り離されるため、上部電極５としては反り等がなく、
また機械的強度の高いものが好ましい。従って、例えば
膜厚が２００ｎｍのＩｒ単層膜等をスパッタリング法等
にて形成するが、この際の投入電力を最適化することに
よりミラーである上部電極５の反りが観測されないよう
にする。そして、フォトリソグラフィ技術によりパター
ンを形成し、Ａｒ／Ｃｌ₂混合雰囲気中にてプラズマエ
ッチングすることにより、上部電極５として、アレイ状
の微小ミラーパターンを形成する。

【００３６】その後、上部電極５の一端を中空に分離す
るため、フォトレジストである犠牲層を剥離液で除去し
て乾燥させる。なお、乾燥する際には、表面張力の小さ
なハロイドロフルオロエーテル溶液等を使用することに
より、上部電極５が強誘電体薄膜３に張り付くことを防
止することができる。最後に、例えば加熱温度が６００
℃で１５分間の熱処理をすることにより、エッチング等
により絶縁性が劣化したＰＺＴの特性を回復する。

【００３７】このようにして、強誘電体薄膜３と、アレ
イ状に形成されて強誘電体薄膜３に一端が固定され、他
端が中空にあって、可動な上部電極５と、を有する表示
素子１を形成することができ、これにより高コントラス
ト及び高精細な反射型の表示装置を得ることができる。
更に、駆動手段としては、表示素子を構成する電極に選
択的に電圧を印加するための配線を形成すればよく、従
来のように表示素子にトランジスタ等の駆動装置を夫々
設ける必要がないため製造工程が簡略化し、歩留まりを
向上させることができる。

【００３８】図３は、本実施例に係る表示装置により文
字を表示した様子を示す模式図である。上述の方法によ
り基板上にアレイ状に表示素子１を形成し、それらの表
示素子１に選択的に電圧を印加することによりＭの文字
を表示した。

【００３９】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４は本実施例に係る表示装置の各素子１０を示
す模式的断面図である。なお、図４に示す第２の実施例
において、図１に示す第１の実施例と同一の構成要素に
は、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

【００４０】図４に示すように、表示素子１０は、基板
（図示せず）上にアレイ状に複数個形成された下部電極
２と、その上に形成され分極状態を保持可能の絶縁層
と、絶縁層上にアレイ状であって、一端を絶縁層上に固
定し、他端は絶縁層との間にギャップ１１を介して形成
された可動電極としての上部電極５と、これらの電極に
電圧を印加する駆動手段（図示せず）とから構成されて
いる。絶縁層は強誘電体からなる強誘電体薄膜３であ
る。また、上部電極５の上面に、白色の薄膜（図示せ
ず）が形成されており、この薄膜により、上部電極５に
入射する入射光を効率よく乱反射する。このような白色
の薄膜は、例えば、基板温度を１００℃以上とし、アル
ミニウムをその膜厚が例えば１μｍ程度になるようにス
パッタリング成膜することにより形成することができ
る。また、白色薄膜の形成された上部電極５の上面には
ガラス板１２が形成されており、強誘電体薄膜３とガラ
ス板１２との間のギャップ１１には液体の有色インク１
３が充填され、ガラス板１２により有色インク１３が封
止され、上部電極５が有色インク１３内に浸漬された状
態となっている。

【００４１】このように構成された第２の実施例の表示
装置においては、入射光は上部電極５の上面に形成され
た薄膜による反射と、有色インク１３による吸収とによ
りコントラストをとることができる。従って、適当なイ
ンクを選定することにより、高いコントラストが得ら
れ、更に、入射光は有色インク１３に吸収され発色する
ため、有色インク１３の色を変えることによりフルカラ
ーの表示装置を得ることができる。また、上部電極５が
ミラーであって、そのミラーのみでは、反射光が一定の
角度に反射されるために見る角度によってコントラスト
が異なる視野角依存性を有する場合があるが、本実施例
においては上部電極５上に光を効率よく乱反射する薄膜
を形成することにより、視野角に依存せず、更に高いコ
ントラストを得ることができる。

【００４２】次に、この表示装置の動作について説明す
る。表示素子１０において、一端が強誘電体薄膜３に固
定され、他端は強誘電体薄膜３から離れた位置である第
１位置にある上部電極５に正、下部電極２に負の直流電
圧を印加すると、第１位置の上部電極５の可動部分が静
電引力のために下部電極２に引き寄せられる。上部電極
５が強誘電体薄膜３に引き寄せられ、上部電極５全体が
有色インク１３内に浸漬すると、入射光はギャップ１１
に充填されている有色インク１３により吸収され、色を
発するようになる。そして、上部電極５が下部電極２に
引き寄せられ、完全に強誘電体薄膜３に接する第２位置
まで引き寄せられた後、更に大きな電圧を印加すると、
印加した電圧全てが強誘電体薄膜３にかかるため、強誘
電体薄膜３は一方向の分極を有する状態になる。この状
態において、電圧の印加を停止しても、強誘電体薄膜３
の分極電荷により、強誘電体薄膜３と上部電極５との間
には引力が生じているため、上部電極５は強誘電体薄膜
３に引き寄せられた状態を維持することができる。

【００４３】次に、印加する電圧の極性を変えると、上
部電極５は、上部電極５に現れた電荷に対する強誘電体
薄膜３の分極電荷による反発力により押し戻される。こ
うして、元の位置である第１位置に戻り、上方からの入
射光は上部電極５上に形成された薄膜により乱反射され
る。

【００４４】このようにして、電圧を印加することによ
り上部電極５がその下に形成されている絶縁層に引き寄
せられ第２位置をとるか又は反発して第１位置をとるか
により、入射光を上部電極５上に形成された薄膜によっ
て反射させるか又はギャップ１１の有色インク１３によ
り吸収させるかにより、高いコントラストを有するフル
カラーの表示装置が得られる。そして、この表示素子１
０は絶縁層が強誘電体より形成されているため、電圧の
印加を停止しても、絶縁層が分極したままの状態とな
り、第１の実施例と同様、メモリ性を有している。この
ような表示素子１０をアレイ状に形成してディスプレイ
とすると、メモリ性を有し低電圧かつ低消費電力である
フルカラーの表示装置を得ることができ、表示素子駆動
のためにトランジスタ等を形成する必要がないため、製
造コストを低減し、歩留まりを向上させることができ
る。

【００４５】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図５は本実施例に係る表示装置の各素子１４を示
す模式図であって、（ａ）は電極間に直流電圧を印加す
る前の状態、（ｂ）は電極間に直流電圧を印加した状態
を示す図である。なお、図５示す第３の実施例におい
て、図１に示す第１の実施例と同一の構成要素には同一
の符号を付してその詳細な説明は省略する。

【００４６】図５（ａ）に示すように、表示素子１４
は、基板（図示せず）上に、アレイ状に複数個配置され
光を反射する可動電極である上部電極５と、固定電極で
ある下部電極２と、上部電極２の裏面の一部と下部電極
２との間に設けられた強誘電体薄膜１５ａ及び絶縁体薄
膜１５ｂの積層体からなる絶縁層１５と、上部電極５及
び下部電極２に電荷を与える駆動手段（図示せず）とか
ら構成されている。下部電極２は強誘電体薄膜１５ａの
コーナー部に接して折れ曲がり、一部が絶縁層１５の側
面に接する構造となっており、その上面には光を吸収す
るための光吸収層（図示せず）として例えばカーボン膜
等が成膜されている。なお、下部電極２の垂直部分は絶
縁体薄膜１５ｂまで延びていてもよい。また、上部電極
５は、一端が絶縁体薄膜１５ｂ上に固定され、他端が下
部電極との間にギャップ４を介して中空にある可動な電
極であり、上部電極５上には入射光の反射を高効率にす
るために、アルミニウム等からなる白色の薄膜１６が設
けられている。

【００４７】このように構成された第３の実施例の表示
装置においては、上部電極５が絶縁層１５から隔離した
第１位置にあるときは上部電極５により入射光を反射さ
せ、上部電極５が絶縁層１５の側面に引き寄せられた第
２位置にあるときは下部電極２により入射光を吸収させ
ることができ、また、絶縁層１５は強誘電体薄膜１５ａ
を有しているため、静電気力を保持し、電圧印加停止後
の電極の位置を維持することができるため、メモリ性を
有する。

【００４８】次に、この表示素子１４の動作について説
明する。図５（ａ）に示すように、表示素子１４の駆動
前においては、上部電極５は固定されていない端が絶縁
層１５の側面から離隔した位置である第１位置にあり、
入射光６は、この第１位置にある上部電極５の上面の白
色薄膜１６により効率よく反射される。

【００４９】この表示素子１４の両電極間に電圧を印加
すると、図５（ｂ）に示すように、可動な上部電極５が
下部電極２に引き寄せられる。本実施例においては、上
部電極５が固定されている絶縁層１５は下部電極２と上
部電極５との間に部分的に形成されており、また、下部
電極２は絶縁層１５のコーナー部に接して折れ曲がるよ
うに形成されている。従って、電圧が印加されると、強
誘電体薄膜１５ａの側面に形成されている下部電極２に
上部電極５が引き寄せられるため、上部電極５は固定さ
れている絶縁体薄膜１５ｂのコーナー部で垂直方向に折
れ曲がり、絶縁層１５の側面に接する第２位置をとる。
これにより、入射光６はギャップ４を通過して、その下
の下部電極２に入射する。このとき、下部電極２の上面
には光吸収層が形成されているので、入射光６は吸収さ
れる。そして、電圧印加により分極された絶縁層１５
は、電圧の印加を止めた後でもその分極状態を保持する
ため、静電引力により上部電極５は絶縁層１５に引き寄
せられたままの状態を維持することができる。その後、
両電極間にこれとは逆の電圧を印加することにより、上
部電極５に現れる電荷と絶縁層１５の上部電極５と接す
る端面にある分極電荷との反発力により、上部電極５は
第１位置に戻る。

【００５０】このように、上部電極５が両電極間に電圧
を印加して下部電極２が形成されている絶縁層１５の側
面に引き寄せられ垂直方向に折れ曲がった第２位置をと
ると、入射光６は下部電極２の上面のカーボン膜に吸収
され、また、これとは逆の電圧を印加すると、上部電極
５が静電反発力により絶縁層１５の側面とは離隔した第
１位置に戻ることにより、入射光６は上部電極５上に形
成された白色薄膜１６によって反射される。これによ
り、薄膜及び下部電極上面の光吸収層の色又は材質等を
適当に変えることにより、例えば白黒等の高いコントラ
ストを得ることができる。そして、本実施例において
も、絶縁層に強誘電体を使用しているため、第１及び第
２の実施例と同様のメモリ効果を有している。

【００５１】次に、本発明の第４の実施例を説明する。
本実施例に係る表示素子は、基板上に、アレイ状に複数
個配置され光を反射する可動な上部電極と、固定電極で
ある下部電極と、上部電極の裏面の一部と下部電極との
間に設けられた強誘電体からなる絶縁層と、上部電極及
び下部電極に電荷を与える駆動手段（図示せず）とから
構成されている。下部電極は絶縁層が形成されているコ
ーナー部において、折れ曲がり絶縁層の側面に接してい
る。上部電極は、一端が絶縁層上に固定され、他端がギ
ャップを介して形成された可動電極である。また、上部
電極上にはガラス板等が形成され、これにより上部電極
と下部電極との間のギャップに有色インクが封入されて
おり、上部電極は、この有色インク内に浸漬されてい
る。更に、、上部電極の上面上には入射光の反射を効率
よくするために、アルミニウム等からなる白色の薄膜が
設けられている。

【００５２】この表示装置の両電極間に直流電圧を印加
すると、絶縁層から離隔した第１位置から、静電引力に
より上部電極が下部電極に引き寄せられる。下部電極は
絶縁層のコーナー部に接して折れ曲がって形成されてい
るため、上部電極は絶縁層の側面に引き寄せられた第２
位置をとる。上部電極が第２位置にあると入射光は有色
インクの充填されたギャップに入射する。このように、
第２の実施例と同様に、上部電極が第１位置にあるとき
はその上部電極により入射光を反射させ、上部電極が第
２位置にあるときは、入射光を有色インクに吸収させて
色を発色することにより光を変調する。また、絶縁層は
強誘電体であるため、電圧が印加されて分極すると、電
圧の印加を停止してもその分極状態を保持し、これによ
り上部電極は電圧の印加を止めても第１位置又は第２位
置を維持することができる。

【００５３】このように構成された第４の実施例に係る
表示装置においては、第１乃至第３の実施例と同様にメ
モリ性を有し、第１位置にある上部電極により光を反射
するか、又は、上部電極が第２位置にあって、入射光を
有色インクにより吸収し発色させるかしてフルカラーで
高コントラストであると共に低電圧及び低消費電力の表
示装置を得ることができ、更に、製造コストを低減し、
歩留まりの向上を図ることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
固定電極上に分極状態が保持可能の絶縁層を介して、一
端が絶縁層上に固定され他端が絶縁層側に接する第１位
置及び他端が絶縁層から離れた第２位置をとる可動電極
を形成することにより、両電極間に電圧を印加すると静
電引力又は静電反発力により可動電極が上下運動する。
これにより、入射光を第１位置にある可動電極により反
射させるか否かにより、入射光を変調することができ
る。そして、表示素子の絶縁層が強誘電体からなり、電
圧の印加を停止した後も分極状態を保持するため、可動
電極も第１位置又は第２位置を維持することができ、こ
の表示素子をアレイ状に形成し、両電極に選択的に電荷
を与えることにより、メモリ性を有し、低電圧及び低消
費電力であると共に高コントラストの表示装置を得るこ
とができる。更に、この表示装置は各表示素子にトラン
ジスタ等の駆動装置を形成する必要がなく製造工程が容
易であるため、製造コストを低減し、歩留まりを向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る表示素子を示す模
式的断面図である。

【図２】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施例に係
る表示素子１の動作を示す図であって、（ａ）は電極間
に電圧を印加する前の状態、（ｂ）は電極間に直流電圧
を印加した状態、（ｃ）は電圧の印加を停止した状態、
（ｄ）は（ｂ）とは逆の直流電圧を印加した状態を示
す。

【図３】本発明の第２の実施例に係る表示素子により文
字を表示した様子を示す模式図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係る表示素子を示す模
式的断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例に係る表示素子を示す模
式的断面図である。

【符号の説明】

１、１０、１４；表示素子２；下部電極３、１５ａ；強誘電体薄膜４、１１；ギャップ５；上部電極６；入射光７；反射光１２；ガラス板１３；有色インク１５；絶縁層１５ｂ；絶縁体薄膜１６；薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木下隆兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者後藤裕史兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者宮田浩一兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 2H092 HA05 HA06 HA07 MA05 MA10 MA13 MA19 MA23 NA25 PA01 5C080 AA18 BB05 DD26 EE25 EE28 FF01 FF09 GG02 JJ01 JJ06 5C094 AA06 AA13 AA15 AA22 AA24 BA09 BA84 CA19 CA24 CA25 EA04 ED11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分極状態を保持可能の絶縁層と、前記絶
縁層の裏面上に形成された固定電極と、前記絶縁層の表
面上にアレイ状に複数個形成され光を反射する可動電極
と、前記固定電極及び可動電極に夫々正及び負又は負及
び正の電荷を選択的に与える駆動手段とを有し、前記可
動電極はその一端が前記絶縁層に固定され他端は前記絶
縁層との静電反発力により前記絶縁層から離れた第１位
置と前記絶縁層との静電引力により前記絶縁層に引き寄
せられた第２位置とをとるものであり、前記入射光を前
記第１位置又は第２位置にある可動電極により反射させ
ることにより前記入射光を変調するものであることを特
徴とする表示装置。
【請求項２】分極状態を保持可能の絶縁層と、前記絶
縁層の裏面上に形成された固定電極と、前記絶縁層の表
面上にアレイ状に複数個形成され光を反射する可動電極
と、前記固定電極及び可動電極に夫々正及び負又は負及
び正の電荷を選択的に与える駆動手段とを有し、前記可
動電極は有色インク内に浸漬され、その一端が前記絶縁
層に固定され他端は前記絶縁層との静電反発力により前
記絶縁層から離れた第１位置と前記絶縁層との静電引力
により前記絶縁層に引き寄せられた第２位置とをとるも
のであり、前記入射光を第１位置にある可動電極により
反射させるか又は前記可動電極が第２位置にあって前記
入射光を有色インクにより吸収させることにより前記入
射光を変調するものであることを特徴とする表示装置。
【請求項３】アレイ状に複数個配置され光を反射する
可動電極と、固定電極と、前記各可動電極の裏面の一部
と前記固定電極との間に設けられ分極状態を保持可能の
絶縁層と、前記固定電極及び可動電極に夫々正及び負又
は負及び正の電荷を選択的に与える駆動手段と、を有
し、前記可動電極は静電反発力により前記絶縁層の側面
から離隔した第１位置と静電引力により前記絶縁層の側
面に引き寄せられた第２位置とをとるものであり、前記
入射光を第１位置にある可動電極により反射させるか否
かにより前記入射光を変調するものであることを特徴と
する表示装置。
【請求項４】前記固定電極に光を吸収する光吸収層を
形成し、入射光を第１位置にある可動電極により反射さ
せるか又は可動電極が第２位置にあって前記入射光を前
記光吸収層により吸収させることにより前記入射光を変
調するものであることを特徴とする請求項３に記載の表
示装置。
【請求項５】アレイ状に複数個配置され光を反射する
可動電極と、固定電極と、前記各可動電極の裏面の一部
と前記固定電極との間に設けられ分極状態を保持可能の
絶縁層と、前記固定電極及び可動電極に夫々正及び負又
は負及び正の電荷を選択的に与える駆動手段と、を有
し、前記可動電極は有色インクに浸漬され、静電反発力
により前記絶縁層の側面から離隔した第１位置と静電引
力により前記絶縁層の側面に引き寄せられた第２位置と
をとるものであり、前記入射光を第１位置にある可動電
極により反射させるか又は前記可動電極が第２位置にあ
って前記入射光を有色インクにより吸収させることによ
り前記入射光を変調するものであることを特徴とする表
示装置。
【請求項６】前記絶縁層の少なくとも一部は強誘電体
からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１
項に記載の表示装置。
【請求項７】反射型のディスプレイの光変調部に使用
されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項
に記載の表示装置。