JP2003329939A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自発光を伴なわない反射表示型で低消費電力を
実現し、比較的構成が簡単であり、かつ屋外用の大型表
示装置としても利用できる表示装置を提供する。 【解決手段】透明部１を有し、第１の電極が配置された
固定子１００と、固定子１００の前面または背後に配置
され、着色部３，４を有し、第２の電極が配置された移
動子２００と、第１の電極と第２の電極とに制御信号を
印加して両電極間に発生する静電気力により移動子を変
位させて、固定子１００に対する移動子２００の位置を
画素ごとに制御する駆動機構とを具備し、固定子１００
の透明部１を介して移動子２００の着色部３，４へ入射
する外部光を反射して表示を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示装置に関し、特
に、自発光を伴なわない外部光を反射して表示する反射
型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示装置自体が発光せずに太陽や電灯な
どの外部光を反射して表示するもので、反射型液晶表示
器があり、セグメント液晶表示器として時計などで実用
化されている。 一方、ノートパソコンなどの画素数の
多い液晶表示器ではＴＦＴ型液晶表示器が主流であり、
これは表示装置自体に光源を内臓しており、表示器背面
より光を照射し、その光量を液晶でコントロールして、
画像や文字を表示している。

【０００３】ノートパソコンなどで使用される表示装置
では、低消費電力が望まれているため、ＶＧＡ規格の６
４０＊４８０画素以上を表示できる反射型液晶表示器が
研究されているが、反射型では外部からの入射光が４度
も偏光板を通過して光量が大きく減衰するため、高いコ
ントラストを得るのが難しくなっている。

【０００４】このように多画素液晶表示装置では、低消
費電力が望まれているに関わらず、液晶のバックライト
用に大きな電力を消費しているのが実情である。これら
の欠点を解決するために、特開２００１−２３５６８９
では液晶を用いずに、高コントラスト表示が可能な表示
装置を開示している。これは、表示基板の背面側に配設
された複数の有色部材を表示面に対して垂直に出し入れ
することで、反射光の強度を制御して画素の明るさを制
御する反射型表示装置である。

【０００５】他方、屋外用として用いられ、色のついた
円盤もしくは円筒を機械的にモータ等で回転させて、幾
種類かの画面表示を行う大型表示装置が駅前などに設置
されている。これは、高コントラスト表示が可能である
ものの、画素サイズが数ｃｍと大きく精細な表示ができ
ない。かつ、応答速度が低いのでＴＶなどの動画表示は
困難である。

【０００６】また、近年、大型の液晶表示装置やプラズ
マ表示装置が開発されているが、大型になるに従い製造
装置が大型化するとともに歩留まりの問題が大きくな
り、コストが非常に高くなっているのが現状である。
例えば従来のＴＦＴ型の液晶表示器などは、マトリクス
駆動を行うが、「行」と「列」の電気的なクロストーク
が発生するのを避けるために、各画素毎にトランジスタ
を配置する必要があり、回路が複雑化してコスト高の要
因になっている。

【０００７】従来の発光型表示器は、周囲が明るいほど
表示器自体の輝度を高くしなければならず、明るいほど
大電力を消費するという欠点があった。

【０００８】また、大画面化のための消費電力も大きく
家庭用に使用するには負担が大きい。 近年、会議やホ
ームシアターなどで大画面を投影表示するビデオプロジ
ェクタの普及が著しいが、この装置を使用するには部屋
を暗くする必要があり、観察者の手元が暗くなり不都合
を強いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ノー
トパソコンなどにおいて低消費電力化の要求が強いにも
かかわらず、偏光板の透過光量が低下するという欠点に
より完全な反射型液晶表示装置は実現できていない。

【００１０】また、 特開２００１−２３５６８９の反
射型表示装置は、複数の有色部材を表示面に対して垂直
に出し入れする構成であるために、その構造が極めて複
雑で製作が難しい。また、カラー表示の実施例について
も記載されているが、表示色数が数色と極めて少なく、
肌色などの中間色を表現することが難しいという欠点が
ある。

【００１１】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであり、その目的とするところは、自発光を伴
なわない反射表示型で低消費電力を実現し、比較的構成
が簡単であり、かつ屋外用の大型表示装置としても利用
できる表示装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明に係る表示装置は、透明部を有し、第
１の電極が配置された固定子と、前記固定子の前面また
は背後に配置され、着色部を有し、第２の電極が配置さ
れた移動子と、前記第１の電極と前記第２の電極とに制
御信号を印加して両電極間に発生する静電気力により前
記移動子を変位させて、前記固定子に対する前記移動子
の位置を画素ごとに制御する駆動機構とを具備し、前記
固定子の透明部を介して前記移動子の着色部へ入射する
外部光を反射して表示を行なう。

【００１３】また、第２の発明は、第１の発明に係る表
示装置において、スリット状の固定子と移動子とを１画
素内に複数配置し、各移動子の変位をスリット長以内に
制御する。

【００１４】また、第３の発明は、第１または第２の発
明に係る表示装置において、前記固定子はさらに遮蔽部
を有し、外部光を前記固定子の透明部へ導くための光学
素子をこの遮蔽部上もしくは前記透明部上に配置する。

【００１５】また、第４の発明は、第２の発明に係る表
示装置において、前記固定子の第１の電極は、一部また
は全部が透明電極で構成され、この透明電極のピッチが
前記スリット長よりも小さい。

【００１６】また、第５の発明は、第１の発明に係る表
示装置において、前記固定子および前記移動子は、樹脂
板で構成される。

【００１７】また、第６の発明は、透明部を有し、第１
の電極が配置された前面固定子と、それぞれが印刷３原
色の１つの着色部を有し、前記前面固定子の背後に順次
重ねて配置され、かつそれぞれに第２の電極が配置され
た少なくとも３つの移動子と、この移動子の背後に配置
され、第３の電極が配置された背面固定子と、前記第１
乃至第３の電極に制御信号を印加して夫々の電極間に発
生する静電気力により前記移動子を選択的に変位させ
て、前記前面固定子に対する前記移動子の位置を画素ご
とに制御する駆動機構とを具備し、前記前面固定子の透
明部を介して前記移動子の着色部へ入射する外部光を反
射して画素ごとの色調を表示する。

【００１８】また、第７の発明は、第６の発明に係る表
示装置において、スリット状の上部固定子と３つ以上の
移動子とを１画素内に配置し、各移動子の変位をスリッ
ト長以内に制御する。

【００１９】また、第８の発明は、第６または第７の発
明に係る表示装置において、前記固定子はさらに遮蔽部
を有し、この遮蔽部上もしくは前記透明部上に配置さ
れ、外部光を前記固定子の透明部へ導くための光学素子
と、前記移動子の着色部からの反射光を拡散する光学素
子とをさらに具備する。

【００２０】また、第９の発明は、第６または第７の発
明に係る表示装置において、前記移動子のそれぞれが独
立して変位可能なように、各移動子に配置される第２の
電極を所定の位置関係をもたせて配置する。

【００２１】また、第１０の発明は表示装置の駆動方法
であって、それぞれが透明部を有する複数の第１の電極
を行方向に配置して構成された固定子と、それぞれが着
色部を有する複数の第２の電極を前記固定子の前面また
は背後に列方向に配置して構成された移動子とを具備
し、前記固定子の透明部を介して前記移動子の着色部へ
入射する外部光を反射して表示を行なう表示装置の駆動
方法であって、前記行方向に配置された第１の電極と、
前記列方向に配置された第２の電極とに独立して制御信
号を印加して、両電極間に発生する静電気力により前記
移動子を変位させて、前記固定子に対する前記移動子の
位置を画素ごとに制御する。

【００２２】また、第１１の発明は、第１０の発明に係
る表示装置の駆動方法において、多相交流電源を用い、
その印加時間および周波数を制御して、前記第２の電極
のピッチ単位で前記移動子の位置を変位させる。

【００２３】また、第１２の発明は、第１０の発明に係
る表示装置の駆動方法において、前記移動子の第２の電
極のピッチを、前記固定子の第１の電極のピッチの２倍
とし、制御信号の印加により前記移動子を前記固定子の
ピッチ単位で変位する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明の一実施形態に係る表示装
置の外観を示すもので、１０００は表示部、２０００は
その制御装置である。本表示装置は例えばパソコンなど
と接続し、パソコンの画面を大きく拡大して表示するこ
とが可能である。この表示部１０００の画面の大きさは
例えば横２ｍ、高さ１.５ｍと比較的大きなもので、プ
ロジェクタの投影画面やホームシアターの画面として十
分な大きさである。これは水平方向１０２４、垂直方向
７６８画素のＸＧＡ規格に対応させた場合１画素の大き
さが約２ｍｍとなる。

【００２６】表示部１０００の基本部材はフィルムなど
を中心に構成されており、図２のように表示部１００１
を凹面に曲げて内面曲率をもたせることにより視覚特性
を向上することができる。

【００２７】図３は、本表示装置の基本原理を説明する
もので、白黒表示における明度の違いを白表示（図３
（ａ））、灰色表示（図３（ｂ））、ねずみ色表示（図
３（ｃ））を例にとって示したものである。 図３の各
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の下段は本表示装置の断面図で
あり、基本的構成要素として上部の固定子１００と下部
の移動子２００を含むことを示している。 固定子１０
０は透明開口部１と白色遮蔽部２で構成される。移動子
２００は黒着色部４と白着色部３で構成され、固定子１
００の背後（図では下側）に配置される。

【００２８】白表示（図３（ａ））では、黒着色部４が
白色遮蔽部２によって完全に隠され、全体として白く観
察される。灰色表示（図３（ｂ））では黒着色部４が白
色遮蔽部２によって半分だけ隠れ、平均をとると灰色に
観察される。これは、表示装置から数ｍ離れると、２ｍ
ｍほどの小さい画素は平均されて観察されることを利用
している。ねずみ色表示（図３（ｃ））では、黒着色部
４が白色遮蔽部２により隠れないで全て現れるので、ね
ずみ色（濃い灰色）となる。

【００２９】図４は、図３で説明した構成の変形例を説
明するための図である。ここでは図３で説明した固定子
１００と移動子２００とをスリット分割した構成をとっ
ている。このような構成によれば、そのスリット数に反
比例して移動子２００の移動距離（変位）を小さく（ス
リット長以内）することができ、空間的にも細かく混色
される。すなわち、移動子２００の変位を変更すること
により、単位画素当りの反射光量を調節することができ
る。

【００３０】また、移動距離が小さくなるメリットとし
て、移動子２００の変位による画素間の機械的な干渉が
少なくなり、移動子２００をフィルムで構成した場合に
その動きに対する曲げ耐性などが向上することがあげら
れる。

【００３１】図５は、図４で示したスリット表示と静電
アクチュエータの電極配置を説明するための断面図であ
り、図６は図５を一部拡大して示している。

【００３２】１画素の一辺の長さを約２mmとし、スリッ
ト分割数をｎとすると、ｎ＝５のときは移動子２００の
最大移動距離は２００μとなる。２−１,２−２,… ２
−ｎはｎ個の白色遮蔽部を示したものである。

【００３３】図６に示すように、固定子１００には、後
述する静電アクチュエータの櫛歯状電極５−１,５−
２，… ,５−ｍが組み込まれ、同様に下部の移動子２０
０にも櫛歯状電極６−１，６−２，…，６−ｍが組み込
まれている。スリット単位の櫛歯状電極の数をｍ＝１０
とすると電極ピッチは２０μとなる。図７は、静電アク
チュエータの電極接続を説明するための図である。例え
ば２０μ間隔で並べられた移動子２００の櫛歯状電極６
−１，６−２，…，６−ｍは、２ヶおきに３相制御線９
−１,９−２,９−３に接続される。 ここで、制御線９
−１にマイナス「−」を、制御線９−２にはゼロ「０」
を、制御線９−３にはプラス「＋」の高電圧の制御信号
を印加すると、各電極６−１，６−２，…，６−ｍには
「−」，「０」，「＋」の繰り返しで電位分布ができ
る。

【００３４】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、静電アクチュ
エータの動作原理を説明するための図である。ここで
は、図６で示した移動子２００の櫛歯状電極６−１，６
−２，…，６−ｍと固定子１００の櫛歯状電極５−１,
５−２，… ,５−ｍを上下に対向させ、固定子電極（上
側）に「＋」，「０」，「−」の順序で電位を与え、移
動子電極(下側)には「−」，「０」，「＋」の順序で電
位を与える。すると、上部と下部の櫛歯状電極は電位
「＋」と「−」の互いの静電気吸引力により、引きつけ
あい静止した状態になる。

【００３５】このとき、固定子１００の櫛歯状電極５−
１,５−２，… ,５−ｍと、移動子２００の櫛歯状電極
６−１，６−２，…，６−ｍに発生する電位分布を示し
たものがそれぞれ１０１および２０１であり、正弦波状
の電位分布となる。

【００３６】図８（ｂ）は、移動子電極６−１から
「０」，「＋」，「−」の順で電位を与えたもので、固
定子１００の櫛歯状電極５−１,５−２，… ,５−ｍと
の相互作用により、移動子２００全体が右方向に動こう
とする静電気力Ｆが働く。

【００３７】この状態を保っておくと図８（ｃ）に示す
ように、移動子２００が電極ピッチＰに相当する長さだ
け移動し、固定子１００と移動子２００の間で静電気吸
引力が最大になる位置で静止する。

【００３８】さらに、制御線９−１，９−２，９−３に
それぞれ「＋」，「−」，「０」の電圧を印加すると、
さらに右の方向へ移動子２００が動いていく。この制御
線９−１，９−２，９−３に与える電圧は３相の交流電
圧になっており、この交流電圧を印加する時間や周波数
を制御することで、移動子２００の移動を制御できる。

【００３９】すなわち、同じ周波数の場合、３相交流電
源の印加時間が多いほど、移動子２００はたくさん移動
することとなる。

【００４０】静電アクチュエータは、基本的には電極ピ
ッチの単位長さで移動量を制御できるので、上記説明の
例では最大移動距離／電極ピッチ＝１０となり、１０ヶ
の位置制御が可能となるため、この場合の明度は１０段
階で設定できることなる。また、移動子２００の位置制
御は櫛歯状電極６−１，６−２，…，６−ｍのピッチＰ
の間隔で行われるため、前述の３相交流電圧の印加時間
や周波数制御はデジタル的に行なわれることになり、シ
ステムの安定化を図ることが容易になる。

【００４１】以下に、コントラストの向上と開口率の向
上を意図した本実施形態の変形例を説明する。以上説明
した固定子と移動子の相対移動による表示方法では、固
定子１００に白色遮蔽部２が設けられているために、黒
着色部４を最大露出させた状態（図３（ｃ）や図４
（ｃ）に相当）で白色遮蔽部２の「白」が５０％残り、
このままではコントラストの悪い表示しかできない。

【００４２】このため、図９（ａ）に示すように、白色
遮蔽部２の上部にくさび状の反射ミラー７を設け、白色
遮蔽部２へ入ってくる視線３００が反射されて、透明開
口部１に視線が入るようにすると、表示制御可能な開口
率が向上し、コントラストの高い表示が可能となる。
また、開口率を向上させる他の変形例として、図９
（ｂ）に示すように、くさび状の反射ミラー７でなく、
凸レンズ８により視線３００を屈折させ、透明開口部１
に視線３００が入るようにすることも可能である。この
レンズと同等な作用をもつものに、ＣＣＤセンサーの前
面に使用されるマイクロレンズアレイがあり、ＣＣＤデ
バイスの有効受光面に光線を集めることで感度またはコ
ントラスト特性の改善を図っている。

【００４３】また、図９（ａ）では反射ミラー７を使用
したが、これを同等な機能をもつプリズムなどで構成し
ても良い。

【００４４】このように、コントラスト特性を高めるの
には、反射ミラー７や凸レンズ８などが必須であるが、
図４または図５を用いて説明した画素のスリット化は、
反射ミラー７や凸レンズ８の寸法を小さくし、表示装置
の薄型化にも貢献する。

【００４５】図１０は、本発明における表示の一例を示
す図である。ＢＫは黒、ＷＨは白、Ｇ１は黒い灰色、Ｇ
２は薄い灰色を示した状態である。スリット毎に設けて
いる白色遮蔽部２は反射ミラー７や凸レンズ８により、
開口率が向上し画素内では効率の良い表示が可能となっ
てくる。図３または図４では開口率の制限から完全な黒
色表示ができなかったが、反射ミラー７や凸レンズ８を
設けたことで、画素ＢＫで示すように黒色表示が可能と
なりコントラスト特性が大きく改善される。図１０のＧ
１やＧ２の灰色表示では、スリットのために縞模様とな
るが、遠く離れて観察することで、画素単位で平均化さ
れる。ただし、画素間では隙間が発生し全体として開口
率が低下する。このため、図１１に示すように画素境界
においてもくさび状ミラーを配置する。

【００４６】図１１は、画素間の境界部分を示す断面図
である。黒着色部４−１〜４−ｎで構成される移動子２
００は、画素単位で独立して移動するように駆動される
が、その動きがスムーズになるように、たるみ部２１を
設ける。例えば、画素一辺の長さを２ｍｍ，移動子２０
０の最大移動距離を２００μとすると、たるみ部２１の
長さは２００μ以上の長さが必要になる。また、画素境
界部では、隣の画素と隣接する移動子２００どうしが干
渉しないような空間が必要となり（移動子２００の最大
距離以上の幅）、全体のコントラスト特性を悪化させる
要因となるため、図９（ａ）で示した反射ミラー７と同
様に、画素間境界用の反射ミラー７００を設け、表示装
置全体のコントラスト特性を改善する。３０は背面固定
子である。

【００４７】以下に、本発明をカラー表示に適用した場
合について説明する。図１２（ａ）は、カラー表示を行
なう構成の断面図を示し、図１３は図１２に示す固定
子、および移動子の一部拡大図である。

【００４８】１０は透明開口をもつ上部固定子，２０Ｙ
はイエローフィルタ４Ｙをもつイエロー移動子，２０Ｍ
はマゼンタフィルター４Ｍをもつマゼンタ移動子、２０
Ｃはシアンフィルターをもつシアン移動子で、３０は白
く着色された背面固定子である。

【００４９】カラー表示を行なうにあたっては、印刷分
野などの基本技術である減法混色法をもちいて任意の色
を表現する。すなわち、シアン、マゼンタ、イエローの
三原色を混ぜ重ねることで黒色を表現し、混合色がゼロ
の状態で白色を表現する。

【００５０】このために、図１２（ａ）のシアンフィル
タ４Ｃ，マゼンタフィルタ４Ｍ，イエローフィルタ４Ｙ
を重ね、この各フィルタの出し入れ量を制御すること
で、色相，明度を表現する。

【００５１】図１２（ｂ）の平面図は各フィルタ４Ｃ，
４Ｍ、４Ｙの重なりで混色する様子を示すもので、例え
ばシアンフィルタ４Ｃとマゼンタフィルタ４Ｍが重なる
と青色ＢＬとなり、シアンフィルタ４Ｃ，マゼンタフィ
ルタ４Ｍ，イエローフィルタ４Ｙがすべて重なると黒色
ＢＫとなる。

【００５２】ここでは開口率を向上するために反射ミラ
ー７が設けられ、さらに各フィルムによる発色の混合を
図るために、拡散板４０を設ける。これはスリガラス状
のもので、これを通すことにより図１２（ｂ）に示した
混色は、図１２（ｃ）に示すように紫色の平均化した表
示１０１が可能となる。

【００５３】各移動子２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃは厚さ２
０μの薄型のフィルムからなり、図１３に示すように、
それぞれに櫛歯状電極６−１〜６−ｍが組み込まれてい
る。さらに、３つの移動子２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃを重
ねても、各移動子が独立して移動できるように、フィル
ム間に直径３μのガラスボールなどの潤滑材を挟み込
む。この状態では、上部固定子１０と下部固定子３０の
すきま距離は７２μとなる。上部固定子１０の透明開口
部１の長さは２００μとなり、移動子２０Ｙ，２０Ｍ，
２０Ｃが入る隙間距離７２μは斜め方向の視線に対して
無視できない寸法となる。これは、開口の大きさに比
べ、移動子のフィルタ４Ｃ，４Ｍ，４Ｙの厚みが大きい
と、観察方位によって色ずれの現象が発生する。

【００５４】しかし、固定子１０の前面には、反射ミラ
ー７や凸レンズ８を備えているために、表示面の垂直方
位から大きくずれた視線（斜め方向の視線）は、反射ミ
ラー７や凸レンズ８の作用により垂直入射に近い状態で
入射するために、観察方位による色ずれが軽減され、移
動子のフィルタ４Ｃ，４Ｍ、４Ｙのある程度の厚みは許
容できる。

【００５５】ここで、シアンフィルタ４Ｃ，マゼンタフ
ィルタ４Ｍ，イエローフィルタ４Ｙ部に組み込まれる電
極数をｍ＝１０とすると、各移動子の階調表現はそれぞ
れ１０段階できることになる。１画素は３つのフィルタ
４Ｃ，４Ｍ、４Ｙの移動に基づいて形成され、その時の
カラー色数は１０＊１０＊１０＝１０００種となる。こ
の色数を増やすには電極数ｍを増やせば良いが、パター
ン精度との兼ね合いが必要となってくる。

【００５６】図１４（ａ）〜（ｃ）は、イエロー移動子
２０Ｙ（図１４（ａ））、マゼンタ移動子２０Ｍ（図１
４（ｂ））、シアン移動子２０Ｃ（図１４（ｃ））のお
互いの櫛歯状電極と、たるみ部２１の位置関係を示す図
である。これらのフィルムは３枚重ねても、たるみ部や
各電極はお互いが重ならず、機械的に干渉しないで独立
して移動することができるようになっている。

【００５７】また、図１４（ｄ）はこれらの３つの移動
子２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃのフィルタ部４Ｙ，４Ｍ，４
Ｃの位置を示すもので、移動子の基材は透明フィルムた
とえばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）とし、こ
の上にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を用いて透明電極
を配置した後、混色の基本３原色を各々スリット分割に
応じて帯状に着色し、フィルタ部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃを作
成する。１画素の大きさを２ｍｍ，スリット分割数ｎを
５とすると、フィルタ部は２００μ＊２ｍｍの大きさと
なる。図１３にもどり、移動子２０Ｙ，２０Ｍ、２０Ｃ
の静電気による移動について説明する。この図で、イエ
ロー移動子２０Ｙは、上部固定子１０に近く十分な静電
気力が働くが、マゼンタ移動子２０Ｍやシアン移動子２
０Ｃには上部固定子１０との距離が遠くなるために、静
電気力が小さくなる。

【００５８】このため、上部固定子１０と同じ電極配置
をもつ背面固定子３０を追加し、３つの移動子２０Ｙ，
２０Ｍ、２０Ｃを挟み込み、静電気力が上部側からと背
面側から作用するようにする。また、イエロー移動子２
０Ｙ（ａ）、マゼンタ移動子２０Ｍ（ｂ）、シアン移動
子２０Ｃ（ｃ）の櫛歯状電極６は、それぞれ異なる位置
に配置されており、図１４のように重ねても、各櫛歯状
電極は重ならないようになっており、独立して各移動子
を制御できるようになっている。

【００５９】各移動子２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃは、それ
ぞれ画素毎にたるみ部２１をもって、行方向に一連して
つながっており、そのたるみ部２１には、３相の交流信
号を流すための３本のパターンが配置されている。

【００６０】以上、移動子の出し入れや減法混色法に基
づく表示方法および固定子／移動子の構成について説明
した。次に本表示装置の駆動方法について説明する。

【００６１】図１５は、移動子２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ
に配置されている櫛歯状電極６の全体構成を示す図であ
る。図１６は固定子１０または３０に配置されている櫛
歯状電極５の全体構成を示す図である。ここで、図１５
の６−１Ｙはイエロー移動子の電極を、６−１Ｍはマゼ
ンタ移動子の電極を、６−１Ｃはシアン移動子の電極で
あり、それらは第１行目の画素にそれぞれ対応する。ま
た、それぞれの移動子電極には、イエロー、マゼンタ、
シアンに対応して３相交流信号５０−１Ｙ，５０−１
Ｍ，５０−１Ｃがそれぞれ接続されている。５０−Ｌは
表示行における最下行に対応する３相交流信号である。

【００６２】また、図１６の６０は３相交流信号を、６
１はアースを表す。７０は表示列Ｒの中から、制御対象
の列に応じて３相交流信号を接続したり、他の列をアー
ス接地する機能をもつマルチプレクサである。

【００６３】図１５，図１６ともに詳細な櫛歯状電極と
の接続は省略しているが、３相交流電源並びに３相交流
信号との接続は図７や図８に示す構成となっている。以
下に、図１５,図１６を用いて画素を駆動する原理につ
いて説明する。２次元表示装置の全ての画素を駆動する
場合は、例えば列１０２４＊行７６８のＸＧＡ規格の表
示器では、７８６４３２個もの駆動回路が必要になる
が、信号線の引き出しが複雑になりコストも高くなるの
で実際的でない。

【００６４】そこで本発明では、駆動回路を単純化する
とともに、複雑な信号線の引き回しを避けるために、下
記に説明するダイナミック走査を行う。図１６におい
て、最初にマルチプレクサ７０により第１列固定子に対
応する櫛歯状電極を選択して３相交流信号６０を印加
し、第１列以外の電極はすべてアース６１へ短絡接地す
る。マルチプレクサ７０内の構成はこの状態を示したも
のである。この状態で図１５に示される５０−１Ｙ，５
０−１Ｍ，５０−１Ｃ，…，５０−Ｌの全ての３相交流
信号から、第１列の画素に対応する３相交流信号を同時
に印加し第１列を駆動する。この時の３相交流信号の与
え方は、図７および図８で説明した静電アクチュエータ
の原理に基づき、画素毎に混色すべき移動量に対応した
時間や周波数を調節する。

【００６５】第１列以外の所は、図１５で示される移動
子６のくし歯状電極には制御対象としない他の列にも電
圧が印加されているものの、固定子５のくし歯状電極に
は電圧が印加されていないので、第１列以外のところに
は静電気力が働かず、前フレームの状態のまま静止した
ままとなっている。

【００６６】次に、マルチプレクサ７０を第２列の櫛歯
状電極に切り替え、３相交流電源６０を印加し、第２列
以外はアース６１へ短絡接地する。そして第２列の全て
の画素に対応する３相交流信号５０−１Ｙ，５０−１
Ｍ，５０−１Ｃ，…，５０−Ｌを、時間や周波数を第１
列目の時と変えて印加する。この時も、移動子電極６−
１Ｙ，６−１Ｍ，６−１Ｃ，…６−Ｌ側は全ての列にわ
たり、第２列対応の３相交流信号が印加されるが、 固
定子５の櫛歯状電極は第１列しか印加されていないた
め、第２列のところだけに静電気力が働き、他の列にお
いては静電気力が働かない。

【００６７】これをＲ列まで繰り返すことで、１画面全
ての画素駆動を終了する。そして１画面全ての走査が終
了したら、第１列に戻り、次フレームの電圧印加を同様
に第１列より繰り返す。従来の液晶表示装置は、Ｌ行と
Ｒ列からなる２次元画素を制御するのにＬ行とＲ列で画
素を指定して画素を制御するが、その画素指定の過程で
電気回路上の干渉が起きるために、行と列の交点にあた
る各画素にトランジスタを配置して画素選択回路を組み
込み、画素間のクロストーク発生を防いでいる。

【００６８】一方、本発明の行と列の各電極の相互的な
静電気力を利用した画素駆動方式では、行または列にお
いてそれぞれ独立して画素指定しても、回路上のクロス
トークの発生はなく、各画素ごとにトランジスタを配置
するなどの構成は不要となる。これは、移動子で行の指
定を、固定子で列の指定を独立に行っても、画素単位の
静電アクチュエータの動作が移動子と固定子の相互作用
によるためである。

【００６９】また、本発明の駆動方式であるダイナミッ
ク走査は本来、画素毎のメモリー効果を必要とするが、
静電アクチュエータを構成する移動子は、その機械的な
慣性力や摩擦によりもとの位置に止まろうとする性質が
あるために、電気回路によるメモリーなどを設ける必要
がない。

【００７０】これらのことは、従来のＴＦＴ液晶表示装
置が行＊列個のメモリー機能を含む画素指定駆動回路が
必要であったのに対して、本駆動方式が比較的単純な行
＋列個の画素指定駆動回路で済むことを意味し、回路の
簡略化に大いに貢献する。

【００７１】本発明のダイナミック走査では、列単位で
同時に静電アクチュエータの駆動を行い、全ての列の駆
動が終了した時点で１画面の走査が終了する。

【００７２】動画を表現するには、１／３０秒以下の時
間でこの走査を終了する必要があるが、各列は同時に駆
動制御するため、静電アクチュエータの応答時間は１／
（３０＊Ｒ）秒以内であればよく、このように列だけの
ダイナミック走査とすることで、動作周波数を低減す
る。このことは、応答周波数が（３０＊Ｒ）Ｈｚ以上あ
れば良いということで、静電アクチュエータの動作を比
較的低速に設定できる。

【００７３】図１７は、静電アクチュエータの駆動方法
の別の方法を示す図であり、図８を用いて説明した方式
が３相交流信号を用いたのに対して、図１７は電位分布
が「＋」，「０」，「−」，「０」の繰り返しとなる４
相交流電源による駆動方式を説明するための説明図であ
る。

【００７４】図１７（ａ）は固定子１００の電極（上
側）に「＋」，「０」，「−」，「０」の順序で電位を
与え、移動子２００の電極(下側)には「−」，「０」，
「＋」，「０」の電位を与えたもので、上部と下部の櫛
歯状電極は電位「＋」と「−」の互いの静電気吸引力に
より、引きつけあい静止した状態になる。

【００７５】このとき、固定子１００や移動子２００の
櫛歯状電極に発生する電位分布を示したものがそれぞれ
１０１および２０１であり、正弦波状の電位分布とな
る。

【００７６】図１７（ｂ）は、移動子２００の電極に
「０」，「＋」，「０」，「−」の順で電位を与えたも
ので、固定子電極５−１〜５−ｍとの相互作用により、
移動子２００全体が右方向に動こうとする静電気力Ｆが
働く。

【００７７】この状態を保っておくと図１７（ｃ）に示
すように、移動子２００が電極ピッチＰに相当する長さ
だけ移動し、固定子１００と移動子２００の間で静電気
吸引力が最大になる位置で静止する。

【００７８】さらにまた、別の駆動方法を示したのが図
１８である。移動子２００の櫛歯状電極６１は、固定子
１００の櫛歯状電極５１の２倍のピッチをもつところに
特徴がある。図１８（ａ）では固定子１００の電極５１
に「−」，「−」，「＋」，「＋」の順序で、移動子２
００の電極６１には「＋」，「−」の順序で電位を印加
すると、双方の電極はお互いに引き合い静止した状態と
なる。これを図１８（ｂ）で示すように固定子１００の
電極５１に「＋」，「−」，「−」，「＋」の順序で電
位を印加すると、移動子２００に右向きの力Ｆが働く。

【００７９】このまま放っておくと、図１８（ｃ）に示
すように、ピッチＰに相当する長さだけ移動子２００が
移動し、固定子１００と移動子２００が吸引しあい安定
した状態になる。

【００８０】この図１８で示す駆動方法は、移動子２０
０の電極ピッチが固定子の２倍であると同時に、その電
極へ与える電位は「＋」と「−」の２種類だけで済むた
め、移動子２００の櫛歯状電極６１の構成が単純である
と同時に、電極への供給ラインも２本で済む。

【００８１】このことは、移動子の製作において片面の
ＦＰＣやＩＴＯの蒸着基板が採用できることを意味する
もので、製造コストの低減につながる。

【００８２】以上の説明では理解を容易にするため、２
次元画像の行方向に移動子を割り当て、列方向に固定子
を割り当てるよう説明したが、この場合には左右の観察
方向による色ずれが発生しやすくなるため、好ましくは
縦方向に移動子を割り当て静電アクチュエータの動作も
上下に行った方が好ましい。

【００８３】図１９は、移動子の別の駆動方法を説明す
るための図である。

【００８４】前述した図１５の移動子の櫛歯状電極６の
駆動では、行方向全ての移動子６−１Ｙ，６−１Ｍ，６
−１Ｃ，…，６−Ｌにそれぞれ３相交流信号５０−１
Ｙ，５０−１Ｍ，５０−１Ｃ，…，５０−Ｌを同時に印
加するように説明したが、これでは多数の交流信号回路
が必要となる。このため、図１９では、交流信号回路の
数を減らすべくマルチプレクサ７１を設けて、所定の列
が選択されて固定子１００の櫛歯状電極５に３相交流信
号５０が印加されている間に、「行」を順次選択して画
素の色調を上から順に設定しようとするものである。図
１９の状態は、第２行目を選択している状態を示し、こ
のとき前述した列の選択と同様に、選択しない行（この
場合は第２行以外の全て）は関係のない画素が移動しな
いようにするため、アース接地する必要がある。

【００８５】また、本表示装置では移動子の駆動をしな
いと、そのままの状態で止まろうとする性質があるため
に、静止画表示では、何度も同じ画像を駆動する必要が
ない。また、一部分が動くような画像の場合は、列方向
のマルチプレクサ７０と行方向のマルチプレクサ７１に
より移動した画素部分を選択して、駆動制御することに
より効率の良い駆動が可能となる。

【００８６】以上の説明では、理解を容易にするため
に、２次元画像の行方向に移動子を割り当て、列方向に
固定子を割り当てた実施形態を説明したが、この場合に
は左右の観察方向による色ずれが発生しやすくなるた
め、好ましくは縦方向に移動子を割当て、静電アクチュ
エータの動作も上下に行なったほうが好ましい。

【００８７】以上説明したように、本実施形態の表示装
置では、入射される外部光を反射して表示するため、液
晶表示器などで使用されるバックライトが不要であり、
プラズマディスプレイのような発光電力も必要ない。

【００８８】加えて、本表示装置は静止画像部分はアク
チュエータを駆動する必要がなく、特に静止画表示など
では、ほとんど電力を消費することがない。反射型であ
るために、普通の絵画やポスターなどと同じで、直射日
光下や明るい部屋でも問題なく観察可能である。このこ
とは、周囲が明るい所ほど輝度を高くして消費電力が大
きくなる従来の発光型表示器と大きく異なるといえる。
本表示装置は、基本的にはフィルムの重ね合わせで構成
されているために、厚さを数ｍｍ以下と薄くできると同
時に、ある程度の曲げも可能である。また、数十μの櫛
歯状電極を採用するが、これ以上の細かい加工精度は不
要であり、かつトランジスタなどの能動素子を組み込む
ための精密なガラス基材などが不用となる。

【００８９】このため、櫛歯状電極を配置したフィルム
を主体的に構成できるため容易に大画面化が可能であ
る。このことは、直射日光下でも観察可能であるという
特徴と合わせて、駅前の街頭などに設置される超大型の
屋外用表示器とすることも可能である。

【００９０】本実施形態の画素の駆動方法では、画素の
色相や明度に合わせて静電アクチュエータを制御する
が、そのアクチュエータの移動は櫛歯状電極のピッチ単
位で精度良く行われるので、比較的簡単なデジタル制御
で済み、温度や湿度などの環境変化に左右されにくく、
安定した制御が低コストで実施できる。

【００９１】さらに、多くの画素の制御をするために、
Ｌ行，Ｒ列からなるＬ＊Ｒ個の画素を直接制御すること
なしに、Ｌ行＋Ｒ列の数少ない制御で済むため、制御回
路が比較的簡単になる。

【００９２】特に、静電アクチュエータの２系統の電極
をＬ行またはＲ列に割り当てることで、画素指定のため
のトランジスタなどの能動素子が不要になり、表示フィ
ルムには電極だけを配置すればよく、製造方法も大幅に
単純化される。

【００９３】さらに、本表示装置は比較的大型の装置に
向いており、会議室用のプレゼンテーション表示などに
用いると、会議室を暗くする必要がなくなるために、聴
衆者の手元を明るくでき学会発表やプレゼンテーション
のあり方を大きく変えていく可能性を秘めている。

【００９４】また、比較的安価に製作でき，合わせて消
費電力も少ないことから、家庭用ホームシアターとして
利用することができる。 とくに、表示装置自体から発
光することがないために、絵画やポスターと同じ感覚で
鑑賞することができ眼に優しく、視力の疲れを感じさせ
ない表示が可能となってくる。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば、自発光を伴なわない反
射表示型で低消費電力を実現し、比較的構成が簡単であ
り、かつ屋外用の大型表示装置としても利用できる表示
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る表示装置の外観を示
す図である。

【図２】図１に示す表示部の変形例を示す図である。

【図３】本表示装置の基本原理を説明するための図であ
る。

【図４】図３で説明した構成の変形例を説明するための
図である。

【図５】図４で示したスリット表示と静電アクチュエー
タの電極配置を説明するための断面図である。

【図６】図５を一部拡大した図である。

【図７】静電アクチュエータの電極接続を説明するため
の図である。

【図８】静電アクチュエータの動作原理を説明するため
の図である。

【図９】開口率を向上させてコントラストを高める方法
について説明する図である。

【図１０】本発明における表示の一例を示す図である。

【図１１】画素間の境界部分を示す断面図である。

【図１２】本発明をカラー表示に適用した場合について
説明するための図である。

【図１３】図１２に示す固定子、移動子の一部拡大図で
ある。

【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、イエロー移動子２０Ｙ、
マゼンタ移動子２０Ｍ、シアン移動子２０Ｃのお互いの
櫛歯状電極と、たるみ部２１の位置関係を示す図であ
り、（ｄ）は、３つの移動子のフィルタ部４Ｙ，４Ｍ，
４Ｃの位置を示す図である。

【図１５】移動子２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃに配置されて
いる櫛歯状電極６の全体構成を示す図である。

【図１６】固定子１０または３０に配置されている櫛歯
状電極５の全体構成を示す図である。

【図１７】静電アクチュエータの駆動方法の別の方法を
示す図である。

【図１８】静電アクチュエータの駆動方法のさらに別の
方法を示す図である。

【図１９】移動子の別の駆動方法を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

1000，1001 表示部 2000 制御装置 100 固定子 101 固定子電位分布 200 移動子 201 移動子電位分布 300 視線 １ 透明開口部 ２ 白色遮蔽部 ３ 白着色部 ４ 黒着色部 ４Ｙ イエローフィルタ ４Ｍ マゼンタフィルタ ４Ｃ シアンフィルタ ５−１…５−ｍ 固定子櫛歯状電極 ６−１…６−ｍ 移動子櫛歯状電極 ６−１Ｙ イエロー移動子電極 ６−１Ｍ マゼンタ移動子電極 ６−１Ｃ シアン移動子電極 ７ 反射ミラー ８ 凸レンズ ９−１，９−２，９−３ 櫛歯状電極の３相制御線 １０ 上部固定子 ２０Ｙ イエロー移動子 ２０Ｍ マゼンタ移動子 ２０Ｃ シアン移動子 ３０ 背面固定子 ５０−１Ｙ イエロー３相交流信号 ５０−１Ｍ マゼンタ３相交流信号 ５０−１Ｃ シアン３相交流信号 ６０ ３相交流信号 ６１ アース ７０、７１ マルチプレクサ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明部を有し、第１の電極が配置された
   固定子と、 前記固定子の前面または背後に配置され、着色部を有
   し、第２の電極が配置された移動子と、 前記第１の電極と前記第２の電極とに制御信号を印加し
   て両電極間に発生する静電気力により前記移動子を変位
   させて、前記固定子に対する前記移動子の位置を画素ご
   とに制御する駆動機構と、 を具備し、 前記固定子の透明部を介して前記移動子の着色部へ入射
   する外部光を反射して表示を行なうことを特徴とする表
   示装置。
2. 【請求項２】 スリット状の固定子と移動子とを１画素
   内に複数配置し、各移動子の変位をスリット長以内に制
   御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の表示
   装置。
3. 【請求項３】 前記固定子はさらに遮蔽部を有し、外部
   光を前記固定子の透明部へ導くための光学素子をこの遮
   蔽部上もしくは前記透明部上に配置したことを特徴とす
   る請求項１または２記載の表示装置。
4. 【請求項４】 前記固定子の第１の電極は、一部または
   全部が透明電極で構成され、この透明電極のピッチが前
   記スリット長よりも小さいことを特徴とする請求項２記
   載の表示装置。
5. 【請求項５】 前記固定子および前記移動子は、樹脂板
   で構成されることを特徴とする請求項１記載の表示装
   置。
6. 【請求項６】 透明部を有し、第１の電極が配置された
   前面固定子と、 それぞれが印刷３原色の１つの着色部を有し、前記前面
   固定子の背後に順次重ねて配置され、かつそれぞれに第
   ２の電極が配置された少なくとも３つの移動子と、 この移動子の背後に配置され、第３の電極が配置された
   背面固定子と、 前記第１乃至第３の電極に制御信号を印加して夫々の電
   極間に発生する静電気力により前記移動子を選択的に変
   位させて、前記前面固定子に対する前記移動子の位置を
   画素ごとに制御する駆動機構と、 を具備し、 前記前面固定子の透明部を介して前記移動子の着色部へ
   入射する外部光を反射して画素ごとの色調を表示するこ
   とを特徴とする表示装置。
7. 【請求項７】 スリット状の上部固定子と３つ以上の移
   動子とを１画素内に配置し、各移動子の変位をスリット
   長以内に制御するようにしたことを特徴とする請求項６
   記載の表示装置。
8. 【請求項８】 前記固定子はさらに遮蔽部を有し、この
   遮蔽部上もしくは前記透明部上に配置され、外部光を前
   記固定子の透明部へ導くための光学素子と、前記移動子
   の着色部からの反射光を拡散する光学素子とをさらに具
   備することを特徴とする請求項６または７記載の表示装
   置。
9. 【請求項９】 前記移動子のそれぞれが独立して変位可
   能なように、各移動子に配置される第２の電極を所定の
   位置関係をもたせて配置したことを特徴とする請求項６
   または７記載の表示装置。
10. 【請求項１０】 それぞれが透明部を有する複数の第１
    の電極を行方向に配置して構成された固定子と、 それぞれが着色部を有する複数の第２の電極を前記固定
    子の前面または背後に列方向に配置して構成された移動
    子とを具備し、 前記固定子の透明部を介して前記移動子の着色部へ入射
    する外部光を反射して表示を行なう表示装置の駆動方法
    であって、 前記行方向に配置された第１の電極と、前記列方向に配
    置された第２の電極とに独立して制御信号を印加して、
    両電極間に発生する静電気力により前記移動子を変位さ
    せて、前記固定子に対する前記移動子の位置を画素ごと
    に制御することを特徴とする表示装置の駆動方法。
11. 【請求項１１】 多相交流電源を用い、その印加時間お
    よび周波数を制御して、前記第２の電極のピッチ単位で
    前記移動子の位置を変位させることを特徴とする請求項
    １０記載の表示装置の駆動方法。
12. 【請求項１２】 前記移動子の第２の電極のピッチを、
    前記固定子の第１の電極のピッチの２倍とし、制御信号
    の印加により前記移動子を前記固定子のピッチ単位で変
    位することを特徴とする請求項１０記載の表示装置の駆
    動方法。