JP2004294557A - Display unit, image display device, and display method - Google Patents

Display unit, image display device, and display method Download PDF

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Seiichi Inoue
斉逸 井上
Kenichi Kodama
憲一 児玉
Kazuo Sanada
和男 眞田
Tsutomu Yokouchi
力 横内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display unit that can hold an image without external energy, can form a high saturation image, and of which a structure is simple and that can be miniaturized, and to provide an image display device and its display method. <P>SOLUTION: Display unit has transparent substrates 40 and 50 laminated on it, provided with a recessed void display part 70 and a colored fluid storing part 80 on both faces of a support substrate 10 penetrating a colored fluid movement part 12, arranges a first heater 20 and a second heater 30 on the support substrate 10 on the bottom part of the display part 70 and the ceiling part of the colored fluid storing part 80, and stores a colored fluid 60 in the colored fluid storing part 80 and the colored fluid movement part 12. When the first heater 20 is regulated to a first temperature and a second heater 30 is regulated to a second temperature with a drive circuit 90, respectively, a thermal capillary tube pressure difference acts on the colored fluid 60 mounted and contacted in a straddled manner on both the heaters 20 and 30, and an image display state of the display unit 1 is controlled, by moving the colored fluid 60 due to thermal capillary tube pressure difference. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置および表示方法に係り、特にフラットパネルディスプレイのような薄型画像表示装置に用いる表示装置、画像表示装置および表示方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、パーソナルコンピュータや携帯情報端末(PDA)等の情報端末機器やカーナビゲーションシステムの画像表示装置として液晶表示装置(LCD)が広く用いられている。TFTに代表される液晶表示装置は応答速度が速く、鮮明なカラー画像の動画を表示できるという利点がある反面、低収率で製造費用が嵩むため製品の価格が高い、消費電力が高い、画像保持に電力を要する、視野角が狭い、等の欠点がある。
【0003】
そのため、液晶表示装置の代替品として様々な方式の画像表示装置が提案されている。例えば、液体の膜沸騰現象を利用して画像のオン/オフを切替える表示装置が提案されている(例えば特許文献1および特許文献2参照)。また、セグメント内のインクを熱的に膨張或いは収縮させたり、ダイアフラムを機械的に駆動することにより画像表示部にインクを出し入れして画像のオン/オフを切り替える表示装置を提案するものもある(例えば特許文献3参照)。さらに、一部を遮光マスクで覆った透光性筐体内に遮光性流体を略半分封入し、外部から赤外線を照射して生じる遮光性流体の表面張力勾配により前記遮光性流体を駆動して光の透過/遮光を切り替える方式の表示装置を提案するものもある(例えば特許文献4参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−127603号公報
【特許文献2】
特開平5−127604号公報
【特許文献3】
特開2001−42794号公報
【特許文献4】
特開2002−169105号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献1および2に記載されたような、流体の膜沸騰現象を利用する画像表示装置では膜沸騰の持続時間が10μsecと短いため、画像を表示し続けるには10kHz程度の電圧を印加し続けなければならないという問題や、装置の耐久性が低い、表示画像の彩度が低い、等の問題がある。また、前記特許文献3に記載されたような、インクを熱的に膨張或いは収縮させる方式では、液体の熱膨張率が300〜350℃でも高々2%程度と低い。そのため画像表示部の体積に対して相当大きなリザーバータンクが必要となり、装置が大型化するという問題がある。また、ダイアフラムを機械的に駆動する方式では、装置の構造が複雑になり、装置の小型化を阻害する、という問題がある。さらに、前記特許文献4に記載された方式では、遮光マスクにより特定波長の光を遮断するため、一度遮光性流体を移動させて情報を書き込むと、書き込み情報をリフレッシュすることができない、という問題がある。
【0006】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、外部からのエネルギーを供給することなく書き込み情報を保持でき、高耐久性かつ高彩度の画像を形成でき、構造が簡単で、小型化が可能な表示装置、画像表示装置およびそのような表示方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る表示装置では、支持基板と、前記支持基板の面上に設けられた空隙状の表示部と、前記表示部に配設された第一のヒータと、前記表示部に供給する着色流体を収容する着色流体収容部と、前記表示部と前記着色流体収容部との間に配設された着色流体移動部と、前記着色流体収容部に配設された第二のヒータと、前記第一のヒータおよび前記第二のヒータの少なくとも一方を温度調節して、前記表示部または前記着色流体収容部の温度と前記着色流体移動部の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体移動部と前記表示部または前記着色流体収容部との間で移動させる着色流体駆動手段とを具備することを特徴とする。
【0008】
前記画像表示装置の一例として、前記表示部が、前記支持基板の一方の面と、前記支持基板の一方の面上に積層された透明基板との間に形成されており、前記第一のヒータが、前記表示部の底部に配設され、前記着色流体収容部が、前記支持基板の他方の面と、前記支持基板の他方の面上に積層された透明基板との間に形成された空隙であり、前記第二のヒータが、前記支持基板の他方の面上に配設され、前記着色流体移動部が、前記支持基板を貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部との間を連通させる貫通孔として形成されたものを挙げることができる。
【0009】
上記表示装置において、前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることが好ましい。
2σ(1/d+1/W)>2σ(1/d+1/W) (1)
式中、σは第一の温度における表面張力を表し、dは表示部または着色流体収容部の深さ(但し第一のヒータ、第二ヒータの厚さを除く。以下同じ。)を表し、Wは表示部または着色流体収容部の幅を表し、σは第二の温度における表面張力を表し、dは着色流体移動部の深さを表し、Wは着色流体移動部の幅を表す。
【0010】
同様に、前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることが好ましい。
2σ(1/d+1/W)−2σ(1/d+1/W)>αρL (2)
(式中σは表面張力を表し、dは表示部または着色流体収容部の深さを表し、Wは表示部または着色流体収容部の幅を表し、dは着色流体移動部の深さを表し、Wは着色流体移動部の幅(直径)を表し、αは表示部から着色流体収容部に移動するときの着色流体の加速度を表し、ρは着色流体の密度を表し、Lは表示部の着色流体移動方向の長さを表す。)。同様に、前記支持基板が、表示部と着色流体収容部とを連通させる空気循環路を更に具備することが好ましい。
【0011】
同様に、前記表示部、前記着色流体収容部、着色流体移動部のうちの少なくとも一つの内壁には撥インク処理が施されていることが好ましい。同様に、前記着色流体移動部の投影面積が、前記表示部の投影面積の50パーセント以下であることが好ましい。同様に、前記表示部が、前記着色流体移動部に対応する部分に遮光マスクを備えていることが好ましい。同様に、前記第一のヒータおよび前記第二のヒータが、前記着色流体移動部または前記空気循環路の内壁面の少なくとも一部まで延設されていることが好ましい。
【0012】
本発明の画像表示装置は、上記いずれかの表示装置を複数台配列してなるセグメントを複数個行列状に配列したセグメント行列と、前記セグメント行列の各行に沿って配設され前記ヒータと接続された横配線と、前記セグメント行列の各列に沿って配設され前記ヒータと接続された縦配線と、前記各横配線および前記各縦配線と接続され、前記各表示装置を駆動することにより前記セグメント行列上に画像を形成させる駆動回路とを具備することを特徴とする。
【0013】
本発明の他の表示装置は、支持基板と、前記支持基板の一方の面上に形成された空隙状の表示部と、前記支持基板の他方の面上に形成された空隙状の着色流体収容部と、前記表示部の一方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第一の着色流体移動部と、前記表示部の他方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第二の着色流体移動部と、前記第一の着色流体移動部の内壁面上に配設された第一のヒータと、前記第二の着色流体移動部の内壁面上に配設された第二のヒータと、前記着色流体収容部に収容された着色流体と、前記第一のヒータを第一の温度に、前記第二のヒータを第二の温度にそれぞれ温度調節し、前記第一の温度と第二の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体収容部と前記表示部との間で移動させるインク駆動手段とを具備することを特徴とする。
【0014】
本発明の表示方法は、表示部を第一の温度に温度調節すると共に、着色流体移動部の温度を前記第一の温度より高い第二の温度に温度調節することにより、前記表示部内に収容された着色流体と前記着色流体移動部に収容された着色流体との間で熱毛管圧差を生ぜしめ、この熱毛管圧差により前記着色流体を前記表示部と前記着色流体移動部との間で移動させ、それにより前記表示部に画像を表示させることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例に従う表示装置について説明する。図1は本発明の表示装置1を示した斜視図であり、一つの画素に相当する部分を切り出して示した図である。図2は同表示装置1の平面図であり、図3は同表示装置1を図2中のA−A線を通る、紙面に垂直な平面で切断した切断面を表した縦断面図であり、図4は表示装置1の変形例の縦断面図である。
【0016】
図1乃至図3に示したように、本実施形態に係る表示装置1では、支持基板10の上下両面にガラス等の板状の透明基板40,50が積層されている。支持基板10を構成する材料は特に限定されない。放熱性が高い材料で形成された支持基板を用いるのが好ましい。例えばシリコン、表面に絶縁膜を形成した金属板、或いは樹脂等が挙げられる。なお、シリコン製の支持基板を用いる場合には、以下に説明する透明基板としてガラス製の透明基板を用いるときに、支持基板10と透明基板40,50とを接合するのに陽極接合を用いることができるという利点がある。
【0017】
透明基板40,50を構成する材料は透明性を有していれば良く、特に限定されない。例えばガラスやアクリル等が挙げられる。支持基板10の下面側にも透明基板50を用いることにより、表面側にポジ画像(線を着色流体で表示した画像)として表示させる一方、裏面側にネガ画像(線の背景を着色流体で表示した画像)として表示させることができる。なお、支持基板10下面側の透明基板50は透明である必要はない。樹脂やセラミック等の不透明な材料でできたものであっても良い。
【0018】
透明基板40,50と支持基板10との間には例えば直方体状の空隙として、表示部70と着色流体収容部80とがそれぞれ形成されている。表示部70の底部にあたる支持基板10の上面には第一のヒータ20が配設され、着色流体収容部80の天井部にあたる支持基板10の下面には第二のヒータ30がそれぞれ配設されている。支持基板10のうち表示部70と着色流体収容部80との間に挟持された部分の長手方向(図2および図3中左右方向)両端には、着色流体を表示部70と着色流体収容部80との間で移動させるための着色流体移動部12と、表示部70と着色流体収容部80との間で空気を循環させるための空気循環路14とが配設されている。
【0019】
なお、図示の例では着色流体移動部12と空気循環路14とは同形かつ同サイズであり、機能的に互換性がある。このように、空気循環路14を形成する場合には、前記着色流体移動部と対称的な位置に設けるのが好ましい。このように空気循環路14を設けることにより、着色流体移動時の表示部70の内圧の上昇が抑えられ、着色流体を円滑に移動させることができる。
【0020】
前記着色流体移動部12の投影面積、即ち着色流体移動部12開口部の面積は表示部70の投影面積の50%以下であることが好ましい。着色流体移動部12の投影面積を上記割合にすることにより、表示部70に対して着色流体移動部12内の着色流体を目立たなくすることができ、より鮮明な画像を形成することができる。
【0021】
また、図4に示したように、表示部70のうち、着色流体移動部12の真上に相当する内壁の位置に遮光マスク13を形成してもよい。このように着色流体移動部12に対応する真上の表示部に遮光マスク13を配設することにより、表示部70に対して目立たなくすることができ、より鮮明な画像を形成することができる。表示部70、着色流体移動部12および着色流体収容部80の内壁の少なくとも一部に撥インク処理を施してもよい。撥インク処理とは、インクをはじく性質を付与する処理であり、着色流体として水性インクを用いる場合には、撥水処理が「撥インク処理」に相当し、油性インクを用いる場合には、親水性処理が「撥インク処理」に相当する。内壁に撥インク処理を施すことにより着色流体の内壁面への付着が抑えられ、着色流体を円滑に移動させることができる。
【0022】
第一のヒータ20,第二のヒータ30を構成する材料としては、特に限定されないが、通常のサーマルインクジェットで用いられる公知の材料、例えば特許第3194465号公報に記載されたTa−Si−O等の三元合金薄膜抵抗体で、その組成が64〜85原子%のTa、5〜26原子%のSi、および6〜15原子%のOを含む合金を挙げることができる。
【0023】
なお、前記第一のヒータ20および第二のヒータ30は互いに熱的に絶縁されていれば、図4に示したように、前記着色流体移動部12および空気循環路14の各内壁面にまで延設されて各内壁面の一部又は全部を覆っていてもよい。このように第一のヒータ20、第二のヒータ30を着色流体移動部12や空気循環路14の少なくとも一部まで延設することにより、着色流体移動部12や空気循環路14の内部にある着色流動体が移動し易くなり速やかに画像形成することができる。
【0024】
着色流体収容部80および着色流体移動部12には着色流体60が収容される。本発明で用いる着色流体60は特に限定されない。例えば通常のサーマルインクジェットプリンタ用に用いる公知のインクを用いることができる。第一のヒータ20が維持する第一の温度は例えば、5〜30℃であるのが好ましい。また、第二のヒータ30が維持する第二の温度は35〜100℃であるのが好ましい。また、第一の温度と第二の温度との温度差は30〜70℃であるのが好ましい。第一の温度と第二の温度との温度差が小さすぎると着色流体60を移動させるほどの毛管圧差が発生しないためであり、温度が高すぎると加熱するのに大きなエネルギーを必要としてコスト的、装置の構造的に不利になるためである。
【0025】
以下、本発明の表示装置の作動原理について説明する。本発明の表示装置1において、着色流体収容部80に収容された着色流体60を駆動して空の状態の表示部70に進入させるためには以下の式で示される関係を満たしていることが必要である。
2σ(1/d+1/W)>2σ(1/d+1/W) (1)
式中、σは第一の温度における表面張力を表し、dは表示部70または着色流体収容部80の深さ(但し、第一のヒータ、第二のヒータの厚さを除く。以下同じ。)を表し、Wは表示部70または着色流体収容部80の幅(紙面に垂直方向の寸法)を表し、σは第二の温度における表面張力を表し、dは着色流体移動部12の深さを表し、Wは着色流体移動部12の幅(直径)を表す。
【0026】
式(1)中の右辺は図2および図3に示した表示装置1の表示部70内に存在する着色流体60に作用する熱毛管圧(以下、この熱毛管圧を「P1」と表す場合がある。)であり、同左辺は表示装置1の着色流体移動部12内に存在する着色流体60に作用する熱毛管圧(以下、この熱毛管圧を「P2」と表す場合がある。)である。結局、式(1)は熱毛管圧差(P1−P2)が正のときに着色流体60が表示部70から着色流体移動部12へ駆動できることを意味する。
【0027】
ここで、式(1)の両辺の括弧内の値は表示装置に固有の値であり、P1とP2の大小関係はこれらの値とσとσとの関係により定まる。表面張力σ,σは着色流体60の温度により変化し、一般に、温度が高いほど流体の表面張力は低下する。そのため、第一のヒータ20および第二のヒータ30の温度を適宜調節することによりP1とP2との大小関係を調節でき、これにより着色流体60の移動方向を制御できる。すなわち、第一のヒータ20の温度と第二のヒータ30の温度を適宜調節することにより、着色流体60の移動方向や移動速度を制御して表示部70と着色流体移動部12、ひいては着色流体収容部80との間を出し入れし、画像表示のオン/オフを制御する。
【0028】
以下、本発明の表示装置1において、一旦形成した画像を保持するための条件について説明する。かかる条件は下記の式で示される。
2σ(1/d+1/W)−2σ(1/d+1/W)>αρL (2)
式中σは表面張力を表し、dは表示部70(着色流体収容部80)の深さを表し、Wは表示部70(着色流体収容部80)の幅を表し、dは着色流体移動部12の深さを表し、Wは着色流体移動部12の幅(直径)を表し、αは表示部70から着色流体移動部12に移動する着色流体60の加速度を表し、ρは着色流体60の密度を表し、Lは表示部70の着色流体移動方向の長さを表す。
【0029】
式(2)中の2σ(1/d+1/W)は着色流体60を着色流体移動部12から表示部70に移動させる熱毛管圧であり、図3の表示部70で着色流体60に作用する左向きの力である。式(2)中の2σ(1/d+1/W)は着色流体60を表示部70側から着色流体移動部12側に移動させる熱毛管圧であり、図3の表示部70で着色流体60に作用する右向きの力である。式(2)中の右辺は、表示部70側から着色流体移動12側に着色流体60を移動させる力(外乱)であり、図3の表示部70で着色流体60に作用する右向きの力である。結局、式(2)は前記「右向きの力」より「左向きの力」が大きいことが必要であることを示している。
【0030】
式(2)の条件を満たすためには、d、W、d、WおよびL等の定数を設計時に適宜選択する方法が挙げられる。式(2)が成立するように上記定数を決定すれば、常温で画像を保持することができ、外部から電力等のエネルギーを供給しなくとも画像を保持できる。また、(2)式の左辺の第1項と第2項とでσの値を適宜変更、即ち、第一のヒータ20、第二のヒータ30の温度を適宜調節することによって画像を保持するようにすることもできる。
【0031】
次に本発明の表示装置の動作について説明する。図5は本発明の表示装置1の作動状態を示した縦断面図である。図5(a)は表示部70内に着色流体60が進入していない状態を示しており、透明基板40に画像が表示されていない状態に対応する。図5(a)の状態で図示しない配線を介して第一のヒータ20、第二のヒータ30の少なくとも一方に通電し、第一のヒータ20を第一の温度に、第二のヒータ30を第二の温度にそれぞれ温度調節する。
【0032】
このとき上記式(1)の関係を満たすような温度(従ってσ,σ)にすると、着色流体移動部12の上部に位置する着色流体60は第一の温度となり(あるいは室温に維持すると)、表面張力はσとなる。着色流体移動部12上部の着色流体60には、2σ(1/d+1/W)で表される熱毛管圧P2が作用し、着色流体60を表示部70方向に吸引する力として作用する。
【0033】
一方、第二のヒータ30を第二の温度に温度調節すると、着色流体収容部80ひいては着色流体移動部12内に収容されている着色流体60には表面張力σが作用し、2σ(1/d+1/W)で表される毛管圧P1が着色流体60を着色流体収容部80内に吸引する力として作用する。結局着色流体移動部12および着色流体収容部80内の着色流体60には上記2つの毛管圧P1とP2とが作用して、着色流体60を反対方向に引き合う。このとき、上記式(1)からP2>P1であるため、熱毛管圧差(P2−P1)が着色流体60を表示部70方向に吸引する力として作用する。その結果、図5(a)〜図5(d)に示したように着色流体60は表示部70の方向に移動して表示部70内を満たす。こうして透明基板40の上面には着色流体60の移動による画像(画素)が形成される。
【0034】
次に、一旦透明基板40上に形成された画像を消去する動作について説明する。画像を消去する動作は、上記の動作により表示部70内に移動した着色流体60を着色流体移動部12、ひいては着色流体収容部80に移動させることにより行う。そのためには、図5(d)に示した状態で、所定の電力を第一のヒータ20、第二のヒータ30に供給する。このときの条件は先程と同様にしてP1>P2、即ち、
2σ(1/d+1/W)>2σ(1/d+1/W) (3)
の関係を満たすようなσ、σを与える温度に第一のヒータ20および第二のヒータ30の少なくとも一方を温度調節する。そのような温度に第一のヒータ20、第二のヒータ30を温度調節することにより、P1−P2で表される熱毛管圧差が、図5(d)の表示部70内を満たした着色流体60を着色流体移動部12、ひいては着色流体収容部80内に吸引する力として作用する。その結果、図5(e)中の矢印で示した方向に着色流体60が移動して、図5(a)に示したように表示部70内が空になり、着色流体収容部80内に着色流体60が収容される。
【0035】
以上説明したように、本発明の表示装置では、表示部に移動させた着色流体で画像を表示するため、液晶表示装置のような偏光板を必要としない。そのため、高反射率と高視野角とを備えた視認性の高い画像を表示することができる。また、熱毛管圧差を利用して着色流体を前記表示部に出し入れするので、画像を保持するのに電力を必要としない。さらに、熱毛管圧差により着色流体を駆動するので、表示部における着色流体の保持力が高く、表示部に形成した画像の耐久性が高い。また、着色流体の熱膨張現象を利用しないので、各表示装置内の着色流体の保持量を少なく抑えることができ、ひいては表示装置を小型化することができる。
【0036】
次に、本発明の表示装置1を用いて形成した画像表示装置について説明する。図6は本発明の画像表示装置100の概略構成を示した図である。図6に示したように、この画像表示装置100では、複数の画像表示素子が基板102上にマトリックス状に規則正しく配列されている。各画像表示素子は表示装置が複数個、例えば3個ずつ並べて配設されている。図6の小円Bは画像表示装置100上に配列された画像表示素子の一つを拡大した部分拡大図である。図6の小円Bに示したように、各画像表示素子は3個の表示装置1001a,1001b,1001cから構成されており、表示装置1001aはC(シアン)に、表示装置1001bはM(マゼンタ)に、表示装置1001cはY(イエロー)にそれぞれ対応して発色するようになっており、全体としてフルカラー画像を表示できる構成となっている。
【0037】
図6に示したように、各表示装置1001a、1001b、1001cは上記第一の実施形態の表示装置1と同様に、それぞれ支持基板10a,10b,10c上に第一のヒータ20a,20b,20cが配設され、支持基板10a,10b,10cには着色流体移動部12a,12b,12cと空気循環路14a,14b,14cがそれぞれ形成されている。なお、図6中、透明基板は省略してある。各表示装置1001a、1001b、1001cには図示しない配線が接続されており、この配線を介して横配線16a,16b,16c,16d,…、および縦配線18a,18b,18c,18d,…と接続され、他端側で駆動回路90と接続されている。画像信号に基づいて、表示装置1001aではシアンの着色流体を出入りさせ、表示装置1001bではマゼンタの着色流体を出入りさせ、表示装置1001cではイエローの着色流体を出入りさせる。
【0038】
このように本発明の表示装置を複数個配列して画像表示素子を形成し、更にこの画像表示素子をマトリックス状に配列して駆動回路90で駆動することにより、フルカラー画像を形成する画像表示装置を得ることができる。このような画像表示装置では、一旦形成した画像を保持するのに電力等を必要としないので、紙のようにそのまま保存することができる。また、画像の書き込み時や消去時以外には電力等を供給する必要がないので、駆動回路と着脱可能にすることができ、安価かつ小さいスペースで多数の画像表示装置を保存することができる。
【0039】
表示部70の底部すなわち第一のヒータ20上面と着色流体60との関係については、モノカラー表示する場合、表示部70の底部を白色にして着色流体60として黒色インクを用いる方法と、表示部70の底部を黒色にして着色流体60として白色インクを用いる方法とが考えられる。
【0040】
一方、上記のようにモノカラー表示する場合には、図6の表示装置1001a,1001b,1001cにおいて、表示部70の底部を黒色にする一方、表示装置1001a〜1001cで用いる着色流体60をRGB又はCMYの三色の一色ずつを振り分ける方法と、表示装置1001a〜1001cの各表示部の底部にRGB又はCMYの三色の一色ずつを振り分けると共に、着色流体60として黒色インクを用いる方法とが考えられる。
【0041】
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図7は本実施形態に係る表示装置を示した斜視図である。図7に示したように、この表示装置では、第一のヒータ20と第二のヒータ30とを支持基板10の両表面に配設する代わりに、支持基板10の表示部の両端に2つの着色流体移動部140,142を設け、これらの着色流体移動部140,142の内壁に第一のヒータ210と第二のヒータ212とを設けたこと以外は前記第一の実施の形態に係る表示装置と同じ構成である。
【0042】
このように本実施形態に係る表示装置では、表示装置内の着色流体を温度調節する第一のヒータ210と第二のヒータ212とを着色流体移動部140,142の内壁に設けたので、ヒータ表面を塗料等で覆う必要がなく、着色流体を効率良く温度調節することができる。
【0043】
【実施例】
次に本発明の実施例について説明する。本実施例では、上記第一の実施形態で説明した構造を備えた2台の表示装置No.1およびNo.2を用いて画像表示の実験を行った。表示装置No.1およびNo.2の各部の寸法は下記の表1に示した値であった。これらの表示装置No.1、No.2はいずれも上記インク移動条件式(1)およびインク保持条件式(2)の関係を満たしている。
【0044】
これらの表示装置No.1、No.2を用いて画像表示を試みたところ、首尾良く作動することが確認された。この結果から上記式(1)および(2)の条件を満たしている場合に表示装置が的確に作動することが実証された。
【表1】

Figure 2004294557
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、外部からエネルギー供給がなくても画像を保持でき、高耐久性かつ高彩度の画像を形成でき、構造が簡単で、小型化が可能な表示装置、画像表示装置およびそのような表示方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表示装置の斜視図である。
【図2】本発明の表示装置の平面図である。
【図3】本発明の表示装置の縦断面図である。
【図4】本発明の表示装置の変形例の縦断面図である。
【図5】本発明の表示装置の作動状態を示した断面図である。
【図6】本発明の画像表示装置の平面図である。
【図7】本発明の第二の実施形態に係る表示装置の斜視図である。
【符号の説明】
10 支持基板
12 着色流体移動部
13 遮光マスク
14 空気循環路
16 横配線
18 縦配線
20 第一のヒータ
30 第二のヒータ
40 透明基板
50 透明基板
60 着色流体
70 表示部
80 着色流体収容部
90 駆動回路(駆動手段)
100 画像形成装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device and a display method, and more particularly to a display device, an image display device, and a display method used for a thin image display device such as a flat panel display.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, liquid crystal display devices (LCDs) have been widely used as image display devices for information terminal devices such as personal computers and personal digital assistants (PDAs) and car navigation systems. The liquid crystal display device represented by TFT has the advantage of high response speed and the ability to display clear color images. However, the production cost is high because of low yield and high product cost. There are drawbacks such as requiring electric power for holding and a narrow viewing angle.
[0003]
Therefore, various types of image display devices have been proposed as alternatives to liquid crystal display devices. For example, a display device that switches on / off of an image using a liquid film boiling phenomenon has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In addition, there is a proposal for a display device that switches an image on / off by putting ink in and out of an image display unit by thermally expanding or contracting ink in a segment or mechanically driving a diaphragm ( For example, see Patent Document 3). Furthermore, approximately half of the light-shielding fluid is sealed in a light-transmitting casing partially covered with a light-shielding mask, and the light-shielding fluid is driven by the surface tension gradient of the light-shielding fluid generated by irradiating infrared rays from outside. There is also a proposal of a display device that switches between transmission and light shielding (see, for example, Patent Document 4).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-127603
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-127604
[Patent Document 3]
JP 2001-42794 A
[Patent Document 4]
JP 2002-169105 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the image display device using the fluid film boiling phenomenon as described in Patent Documents 1 and 2, since the film boiling time is as short as 10 μsec, a voltage of about 10 kHz is required to continue displaying an image. There are problems such as having to keep applying, problems such as low durability of the apparatus, and low saturation of the display image. Further, in the method in which the ink is thermally expanded or contracted as described in Patent Document 3, the coefficient of thermal expansion of the liquid is as low as about 2% even at 300 to 350 ° C. Therefore, a reservoir tank that is considerably larger than the volume of the image display unit is required, and there is a problem that the apparatus is increased in size. In addition, the method of mechanically driving the diaphragm has a problem that the structure of the device becomes complicated and hinders downsizing of the device. Furthermore, in the method described in Patent Document 4, since light of a specific wavelength is blocked by the light shielding mask, there is a problem that once the information is written by moving the light shielding fluid, the written information cannot be refreshed. is there.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can maintain writing information without supplying external energy, can form a highly durable and highly saturated image, has a simple structure, and can be downsized. An object is to provide a display device, an image display device, and such a display method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the display device according to the present invention, a support substrate, a gap-shaped display unit provided on the surface of the support substrate, a first heater disposed in the display unit, A colored fluid storage unit for storing a colored fluid to be supplied to the display unit; a colored fluid moving unit disposed between the display unit and the colored fluid storage unit; and the colored fluid storage unit. Adjusting the temperature of at least one of the second heater, the first heater, and the second heater, the colored fluid at the temperature of the display unit or the colored fluid storage unit and the temperature of the colored fluid moving unit And a colored fluid driving means for moving the colored fluid between the colored fluid moving unit and the display unit or the colored fluid storage unit by the difference in the thermal capillary pressure.
[0008]
As an example of the image display device, the display unit is formed between one surface of the support substrate and a transparent substrate laminated on one surface of the support substrate, and the first heater Is disposed at the bottom of the display unit, and the colored fluid storage unit is formed between the other surface of the support substrate and a transparent substrate stacked on the other surface of the support substrate. The second heater is disposed on the other surface of the support substrate, and the colored fluid moving part passes through the support substrate, and between the display part and the colored fluid storage part. What was formed as a through-hole connected is mentioned.
[0009]
In the display device, it is preferable that the display unit and the colored fluid storage unit satisfy the following relationship, respectively.
0 (1 / d b + 1 / W b )> 2σ 1 (1 / d a + 1 / W a (1)
Where σ 0 Represents the surface tension at the first temperature, d a Represents the depth of the display unit or the colored fluid storage unit (excluding the thickness of the first heater and the second heater; the same applies hereinafter), and W a Represents the width of the display unit or the colored fluid storage unit, and σ 1 Represents the surface tension at the second temperature, d b Represents the depth of the colored fluid moving part, and W b Represents the width of the colored fluid moving part.
[0010]
Similarly, it is preferable that the display unit and the colored fluid storage unit satisfy the following relationship, respectively.
2σ (1 / d a + 1 / W a ) -2σ (1 / d b + 1 / W b )> ΑρL (2)
(Where σ represents surface tension, d a Represents the depth of the display unit or the colored fluid storage unit, and W a Represents the width of the display unit or the colored fluid storage unit, d b Represents the depth of the colored fluid moving part, and W b Represents the width (diameter) of the colored fluid moving unit, α represents the acceleration of the colored fluid when moving from the display unit to the colored fluid containing unit, ρ represents the density of the colored fluid, and L represents the colored fluid of the display unit. Represents the length in the direction of movement. ). Similarly, it is preferable that the support substrate further includes an air circulation path that allows the display unit and the colored fluid storage unit to communicate with each other.
[0011]
Similarly, it is preferable that at least one inner wall of the display unit, the colored fluid storage unit, and the colored fluid moving unit is subjected to ink repellent treatment. Similarly, it is preferable that the projected area of the colored fluid moving unit is 50% or less of the projected area of the display unit. Similarly, it is preferable that the display unit includes a light shielding mask in a portion corresponding to the coloring fluid moving unit. Similarly, it is preferable that the first heater and the second heater extend to at least a part of an inner wall surface of the colored fluid moving part or the air circulation path.
[0012]
An image display device of the present invention is provided with a segment matrix in which a plurality of segments each having one of the above display devices are arranged in a matrix, and a segment matrix arranged along each row of the segment matrix and connected to the heater. Horizontal wiring, vertical wiring arranged along each column of the segment matrix and connected to the heater, each horizontal wiring and each vertical wiring connected to each other, and by driving each display device, And a drive circuit for forming an image on the segment matrix.
[0013]
Another display device according to the present invention includes a support substrate, a void-shaped display portion formed on one surface of the support substrate, and a void-shaped colored fluid formed on the other surface of the support substrate. A first colored fluid moving unit that penetrates the support substrate in a thickness direction from an opening provided at one end of the display unit and communicates the display unit and the colored fluid storage unit, A second coloring fluid moving unit that penetrates the support substrate in a thickness direction from an opening provided at the other end of the display unit, and that communicates the display unit and the coloring fluid storage unit; and the first coloring The first heater disposed on the inner wall surface of the fluid moving unit, the second heater disposed on the inner wall surface of the second colored fluid moving unit, and the colored fluid housing unit The coloring fluid and the first heater are heated to a first temperature, and the second heater is heated to a second temperature. And an ink driving unit that adjusts and moves the colored fluid between the colored fluid storage unit and the display unit according to a thermal capillary pressure difference of the colored fluid between the first temperature and the second temperature. It is characterized by that.
[0014]
The display method of the present invention accommodates the display unit in the display unit by adjusting the temperature of the display unit to the first temperature and adjusting the temperature of the colored fluid moving unit to a second temperature higher than the first temperature. A thermal capillary pressure difference is generated between the colored fluid and the colored fluid accommodated in the colored fluid moving unit, and the colored fluid is moved between the display unit and the colored fluid moving unit by the thermal capillary pressure difference. Thus, an image is displayed on the display unit.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a display device according to an example of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a display device 1 of the present invention, in which a portion corresponding to one pixel is cut out. FIG. 2 is a plan view of the display device 1, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a cut surface of the display device 1 taken along a plane AA in FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a modification of the display device 1.
[0016]
As shown in FIGS. 1 to 3, in the display device 1 according to this embodiment, plate-like transparent substrates 40 and 50 such as glass are laminated on the upper and lower surfaces of the support substrate 10. The material which comprises the support substrate 10 is not specifically limited. It is preferable to use a support substrate formed of a material with high heat dissipation. For example, silicon, a metal plate with an insulating film formed on the surface, or a resin can be used. When a silicon support substrate is used, anodic bonding is used to join the support substrate 10 and the transparent substrates 40 and 50 when a glass transparent substrate is used as the transparent substrate described below. There is an advantage that can be.
[0017]
The material which comprises the transparent substrates 40 and 50 should just have transparency, and is not specifically limited. Examples thereof include glass and acrylic. By using the transparent substrate 50 on the lower surface side of the support substrate 10 as well, a positive image (an image in which lines are displayed with a colored fluid) is displayed on the front surface side, while a negative image (a background of lines is displayed with a colored fluid) on the back surface side. Image). The transparent substrate 50 on the lower surface side of the support substrate 10 does not need to be transparent. It may be made of an opaque material such as resin or ceramic.
[0018]
Between the transparent substrates 40 and 50 and the support substrate 10, for example, a display unit 70 and a colored fluid storage unit 80 are formed as rectangular parallelepiped gaps. The first heater 20 is disposed on the upper surface of the support substrate 10 corresponding to the bottom of the display unit 70, and the second heater 30 is disposed on the lower surface of the support substrate 10 corresponding to the ceiling portion of the colored fluid storage unit 80. Yes. The colored fluid is supplied to both ends of the portion of the support substrate 10 sandwiched between the display unit 70 and the colored fluid storage unit 80 in the longitudinal direction (left and right direction in FIGS. 2 and 3). The colored fluid moving unit 12 for moving between the air flow 80 and the air circulation path 14 for circulating air between the display unit 70 and the colored fluid containing unit 80 are disposed.
[0019]
In the illustrated example, the colored fluid moving unit 12 and the air circulation path 14 have the same shape and the same size, and are functionally compatible. Thus, when forming the air circulation path 14, it is preferable to provide in the position symmetrical with the said colored fluid moving part. By providing the air circulation path 14 in this manner, an increase in the internal pressure of the display unit 70 when the colored fluid is moved can be suppressed, and the colored fluid can be moved smoothly.
[0020]
The projected area of the colored fluid moving unit 12, that is, the area of the opening of the colored fluid moving unit 12 is preferably 50% or less of the projected area of the display unit 70. By setting the projected area of the colored fluid moving unit 12 to the above ratio, the colored fluid in the colored fluid moving unit 12 can be made inconspicuous with respect to the display unit 70, and a clearer image can be formed.
[0021]
Further, as shown in FIG. 4, the light shielding mask 13 may be formed at the position of the inner wall corresponding to the colored fluid moving unit 12 in the display unit 70. As described above, by disposing the light shielding mask 13 in the display unit directly above the colored fluid moving unit 12, the display unit 70 can be made inconspicuous, and a clearer image can be formed. . At least a part of the inner walls of the display unit 70, the colored fluid moving unit 12 and the colored fluid storage unit 80 may be subjected to ink repellent treatment. The ink repellent treatment is a treatment that imparts ink repelling properties. When water-based ink is used as the coloring fluid, water repellent treatment corresponds to “ink repellent treatment”, and when oil-based ink is used, hydrophilic treatment is performed. The property treatment corresponds to “ink-repellent treatment”. By applying an ink repellent treatment to the inner wall, adhesion of the colored fluid to the inner wall surface can be suppressed, and the colored fluid can be moved smoothly.
[0022]
Although it does not specifically limit as a material which comprises the 1st heater 20 and the 2nd heater 30, The well-known material used by normal thermal inkjet, for example, Ta-Si-O etc. which were described in patent 3194465 etc. And an alloy containing 64 to 85 atomic% Ta, 5 to 26 atomic% Si, and 6 to 15 atomic% O.
[0023]
If the first heater 20 and the second heater 30 are thermally insulated from each other, as illustrated in FIG. It may be extended and may cover a part or all of each inner wall surface. By extending the first heater 20 and the second heater 30 to at least a part of the colored fluid moving part 12 and the air circulation path 14 in this way, the colored fluid moving part 12 and the air circulation path 14 are inside. The colored fluid can easily move and images can be formed quickly.
[0024]
The colored fluid 60 is accommodated in the colored fluid accommodating portion 80 and the colored fluid moving portion 12. The coloring fluid 60 used in the present invention is not particularly limited. For example, a known ink used for a normal thermal ink jet printer can be used. It is preferable that the 1st temperature which the 1st heater 20 maintains is 5-30 degreeC, for example. Moreover, it is preferable that the 2nd temperature which the 2nd heater 30 maintains is 35-100 degreeC. Moreover, it is preferable that the temperature difference of 1st temperature and 2nd temperature is 30-70 degreeC. This is because if the temperature difference between the first temperature and the second temperature is too small, a capillary pressure difference enough to move the colored fluid 60 does not occur. If the temperature is too high, a large amount of energy is required for heating, which is costly. This is because the structure of the apparatus becomes disadvantageous.
[0025]
Hereinafter, the operation principle of the display device of the present invention will be described. In the display device 1 of the present invention, in order to drive the colored fluid 60 accommodated in the colored fluid accommodating unit 80 to enter the empty display unit 70, the relationship represented by the following expression must be satisfied. is necessary.
0 (1 / d b + 1 / W b )> 2σ 1 (1 / d a + 1 / W a (1)
Where σ 0 Represents the surface tension at the first temperature, d a Represents the depth of the display unit 70 or the colored fluid storage unit 80 (excluding the thickness of the first heater and the second heater; the same applies hereinafter) W a Represents the width (dimension in the direction perpendicular to the paper surface) of the display unit 70 or the colored fluid storage unit 80, and σ 1 Represents the surface tension at the second temperature, d b Represents the depth of the colored fluid moving part 12, W b Represents the width (diameter) of the colored fluid moving part 12.
[0026]
The right side in the formula (1) is a thermal capillary pressure acting on the colored fluid 60 existing in the display unit 70 of the display device 1 shown in FIGS. 2 and 3 (hereinafter, this thermal capillary pressure is expressed as “P1”). The left side of the same shows the thermal capillary pressure acting on the colored fluid 60 existing in the colored fluid moving part 12 of the display device 1 (hereinafter, this thermal capillary pressure may be expressed as “P2”). It is. Eventually, equation (1) means that the colored fluid 60 can be driven from the display unit 70 to the colored fluid moving unit 12 when the thermal capillary pressure difference (P1-P2) is positive.
[0027]
Here, the values in parentheses on both sides of the equation (1) are values inherent to the display device, and the magnitude relationship between P1 and P2 is determined by these values and 0 And σ 1 It depends on the relationship. Surface tension σ 0 , Σ 1 Varies depending on the temperature of the colored fluid 60. Generally, the higher the temperature, the lower the surface tension of the fluid. Therefore, the magnitude relationship between P1 and P2 can be adjusted by appropriately adjusting the temperatures of the first heater 20 and the second heater 30, and thereby the moving direction of the colored fluid 60 can be controlled. That is, by appropriately adjusting the temperature of the first heater 20 and the temperature of the second heater 30, the moving direction and moving speed of the colored fluid 60 are controlled to control the display unit 70, the colored fluid moving unit 12, and thus the colored fluid. The image display is controlled to be turned on and off with the storage unit 80.
[0028]
Hereinafter, conditions for holding an image once formed in the display device 1 of the present invention will be described. Such conditions are shown by the following formula.
2σ (1 / d a + 1 / W a ) -2σ (1 / d b + 1 / W b )> ΑρL (2)
Where σ represents surface tension and d a Represents the depth of the display unit 70 (colored fluid storage unit 80), and W a Represents the width of the display unit 70 (colored fluid storage unit 80), d b Represents the depth of the colored fluid moving part 12, W b Represents the width (diameter) of the colored fluid moving unit 12, α represents the acceleration of the colored fluid 60 moving from the display unit 70 to the colored fluid moving unit 12, ρ represents the density of the colored fluid 60, and L represents the display unit. 70 represents the length of the colored fluid moving direction.
[0029]
2σ in equation (2) (1 / d a + 1 / W a ) Is a thermal capillary pressure that moves the colored fluid 60 from the colored fluid moving unit 12 to the display unit 70, and is a leftward force that acts on the colored fluid 60 in the display unit 70 of FIG. 2σ in equation (2) (1 / d b + 1 / W b ) Is a thermal capillary pressure that moves the colored fluid 60 from the display unit 70 side to the colored fluid moving unit 12 side, and is a rightward force that acts on the colored fluid 60 in the display unit 70 of FIG. The right side in Expression (2) is a force (disturbance) that moves the colored fluid 60 from the display unit 70 side to the colored fluid movement 12 side, and is a rightward force that acts on the colored fluid 60 in the display unit 70 of FIG. is there. Eventually, equation (2) indicates that it is necessary that the “left force” is larger than the “right force”.
[0030]
To satisfy the condition of equation (2), d a , W a , D b , W b And a method of appropriately selecting constants such as L at the time of design. If the above constants are determined so that Expression (2) is satisfied, an image can be held at room temperature, and an image can be held without supplying energy such as electric power from the outside. Further, the image is held by appropriately changing the value of σ between the first term and the second term on the left side of the formula (2), that is, by appropriately adjusting the temperatures of the first heater 20 and the second heater 30. It can also be done.
[0031]
Next, the operation of the display device of the present invention will be described. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the operating state of the display device 1 of the present invention. FIG. 5A shows a state in which the colored fluid 60 has not entered the display unit 70, and corresponds to a state in which no image is displayed on the transparent substrate 40. In the state of FIG. 5A, at least one of the first heater 20 and the second heater 30 is energized via a wiring (not shown), the first heater 20 is set to the first temperature, and the second heater 30 is set to the first heater 20. Adjust the temperature to the second temperature.
[0032]
At this time, a temperature satisfying the relationship of the above formula (1) (accordingly, σ 0 , Σ 1 ), The colored fluid 60 located at the top of the colored fluid moving unit 12 has the first temperature (or is maintained at room temperature), and the surface tension is σ. 0 It becomes. The colored fluid 60 on the colored fluid moving unit 12 has 2σ. 0 (1 / d b + 1 / W b ) Acts as a force for sucking the colored fluid 60 in the direction of the display unit 70.
[0033]
On the other hand, when the temperature of the second heater 30 is adjusted to the second temperature, the surface tension σ is applied to the colored fluid containing portion 80 and the colored fluid 60 accommodated in the colored fluid moving portion 12. 1 Acts, 2σ 1 (1 / d a + 1 / W a ) Acts as a force for sucking the colored fluid 60 into the colored fluid accommodating portion 80. Eventually, the two capillary pressures P1 and P2 act on the coloring fluid 60 in the coloring fluid moving unit 12 and the coloring fluid storage unit 80, and the coloring fluid 60 is attracted in the opposite direction. At this time, since P2> P1 from the above formula (1), the thermal capillary pressure difference (P2-P1) acts as a force for sucking the colored fluid 60 in the direction of the display unit 70. As a result, the colored fluid 60 moves in the direction of the display unit 70 to fill the display unit 70 as shown in FIGS. Thus, an image (pixel) is formed on the upper surface of the transparent substrate 40 by the movement of the colored fluid 60.
[0034]
Next, an operation for erasing an image once formed on the transparent substrate 40 will be described. The operation of erasing the image is performed by moving the colored fluid 60 that has moved into the display unit 70 by the above-described operation to the colored fluid moving unit 12 and thus the colored fluid storage unit 80. For this purpose, predetermined power is supplied to the first heater 20 and the second heater 30 in the state shown in FIG. The conditions at this time are P1> P2 in the same manner as before, that is,
0 (1 / d b + 1 / W b )> 2σ 1 (1 / d a + 1 / W a (3)
Satisfying the relation 0 , Σ 1 The temperature of at least one of the first heater 20 and the second heater 30 is adjusted to a temperature at which the temperature is given. By adjusting the temperature of the first heater 20 and the second heater 30 to such a temperature, the colored capillary fluid in which the thermocapillary pressure difference represented by P1-P2 fills the display unit 70 in FIG. 60 acts as a force for sucking 60 into the colored fluid moving part 12 and thus into the colored fluid accommodating part 80. As a result, the colored fluid 60 moves in the direction indicated by the arrow in FIG. 5E, and the display unit 70 is emptied as shown in FIG. A coloring fluid 60 is contained.
[0035]
As described above, in the display device of the present invention, since an image is displayed with the colored fluid moved to the display unit, a polarizing plate unlike a liquid crystal display device is not required. Therefore, an image with high visibility having a high reflectance and a high viewing angle can be displayed. In addition, since the colored fluid is taken in and out of the display unit using the thermal capillary pressure difference, no electric power is required to hold the image. Further, since the colored fluid is driven by the thermal capillary pressure difference, the retention strength of the colored fluid in the display unit is high, and the durability of the image formed on the display unit is high. Further, since the thermal expansion phenomenon of the colored fluid is not used, the amount of the colored fluid retained in each display device can be reduced, and the display device can be downsized.
[0036]
Next, an image display device formed using the display device 1 of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the image display apparatus 100 of the present invention. As shown in FIG. 6, in the image display device 100, a plurality of image display elements are regularly arranged in a matrix on the substrate 102. Each image display element is provided with a plurality of, for example, three display devices arranged side by side. A small circle B in FIG. 6 is a partially enlarged view in which one of the image display elements arranged on the image display device 100 is enlarged. As shown in the small circle B of FIG. 6, each image display element is composed of three display devices 1001a, 1001b, and 1001c. The display device 1001a is C (cyan) and the display device 1001b is M (magenta). ), The display device 1001c is adapted to display colors corresponding to Y (yellow), respectively, and is configured to display a full color image as a whole.
[0037]
As shown in FIG. 6, the display devices 1001a, 1001b, and 1001c are respectively mounted on the support substrates 10a, 10b, and 10c on the first heaters 20a, 20b, and 20c, similarly to the display device 1 of the first embodiment. The colored fluid moving parts 12a, 12b, 12c and the air circulation paths 14a, 14b, 14c are formed on the support substrates 10a, 10b, 10c, respectively. In FIG. 6, the transparent substrate is omitted. Each display device 1001a, 1001b, 1001c is connected to a wiring (not shown), and is connected to the horizontal wirings 16a, 16b, 16c, 16d,... And the vertical wirings 18a, 18b, 18c, 18d,. The other end side is connected to the drive circuit 90. Based on the image signal, the display device 1001a allows the cyan colored fluid to enter and exit, the display device 1001b allows the magenta colored fluid to enter and exit, and the display device 1001c allows the yellow colored fluid to enter and exit.
[0038]
In this way, an image display device that forms a full-color image by arranging a plurality of display devices of the present invention to form an image display device, and further arranging the image display devices in a matrix and driving them by a drive circuit 90. Can be obtained. Such an image display device does not require power or the like to hold an image once formed, and can be stored as it is like paper. Further, since it is not necessary to supply power or the like other than when writing or erasing an image, it can be made detachable from the drive circuit, and a large number of image display devices can be stored in an inexpensive and small space.
[0039]
Regarding the relationship between the bottom of the display unit 70, that is, the upper surface of the first heater 20 and the colored fluid 60, in the case of mono-color display, the bottom of the display unit 70 is white and black ink is used as the colored fluid 60; A method in which the bottom of 70 is black and white ink is used as the colored fluid 60 is considered.
[0040]
On the other hand, in the case of monocolor display as described above, in the display devices 1001a, 1001b, and 1001c of FIG. 6, the bottom of the display unit 70 is made black, while the coloring fluid 60 used in the display devices 1001a to 1001c is RGB or A method of distributing each of the three colors of CMY and a method of distributing each of the three colors of RGB or CMY to the bottom of each display unit of the display devices 1001a to 1001c and using black ink as the coloring fluid 60 are considered. .
[0041]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a perspective view showing the display device according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, in this display device, instead of disposing the first heater 20 and the second heater 30 on both surfaces of the support substrate 10, two displays are provided at both ends of the display portion of the support substrate 10. The display according to the first embodiment except that the colored fluid moving parts 140 and 142 are provided and the first heater 210 and the second heater 212 are provided on the inner walls of the colored fluid moving parts 140 and 142. It has the same configuration as the device.
[0042]
As described above, in the display device according to the present embodiment, the first heater 210 and the second heater 212 that adjust the temperature of the colored fluid in the display device are provided on the inner walls of the colored fluid moving units 140 and 142. It is not necessary to cover the surface with paint or the like, and the temperature of the colored fluid can be adjusted efficiently.
[0043]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described. In this example, two display devices No. 1 having the structure described in the first embodiment are used. 1 and no. 2 was used to perform image display experiments. Display device no. 1 and no. The dimensions of each part 2 were the values shown in Table 1 below. These display devices No. 1, no. 2 satisfies the relationship between the ink movement conditional expression (1) and the ink holding conditional expression (2).
[0044]
These display devices No. 1, no. When the image display was tried using 2, it was confirmed that it operated successfully. From this result, it was proved that the display device operates properly when the conditions of the above formulas (1) and (2) are satisfied.
[Table 1]
Figure 2004294557
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, a display device, an image display device, and the like that can hold an image without supplying energy from the outside, can form a highly durable and highly saturated image, have a simple structure, and can be downsized. A display method is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a display device of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the display device of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a display device of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a modification of the display device of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an operating state of the display device of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of the image display device of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a display device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Support substrate
12 Colored fluid moving part
13 Shading mask
14 Air circulation path
16 Horizontal wiring
18 Vertical wiring
20 First heater
30 Second heater
40 Transparent substrate
50 Transparent substrate
60 Coloring fluid
70 Display section
80 Colored fluid container
90 Drive circuit (drive means)
100 Image forming apparatus

Claims (12)

支持基板と、
前記支持基板の面上に設けられた空隙状の表示部と、
前記表示部に配設された第一のヒータと、
前記表示部に供給する着色流体を収容する着色流体収容部と、
前記表示部と前記着色流体収容部との間に配設された着色流体移動部と、
前記着色流体収容部に配設された第二のヒータと、
前記第一のヒータおよび前記第二のヒータの少なくとも一方を温度調節して、前記表示部または着色流体収容部の温度と前記着色流体移動部の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体移動部と前記表示部との間で移動させる着色流体駆動手段と
を具備することを特徴とする表示装置。
A support substrate;
A void-shaped display portion provided on the surface of the support substrate;
A first heater disposed in the display unit;
A colored fluid containing portion for containing a colored fluid to be supplied to the display unit;
A colored fluid moving unit disposed between the display unit and the colored fluid containing unit;
A second heater disposed in the colored fluid container;
By adjusting the temperature of at least one of the first heater and the second heater, the thermocapillary pressure difference of the colored fluid between the temperature of the display unit or the colored fluid storage unit and the temperature of the colored fluid moving unit, A display device, comprising: a colored fluid driving unit configured to move the colored fluid between the colored fluid moving unit and the display unit.
前記表示部が、前記支持基板の一方の面と、前記支持基板の一方の面上に積層された透明基板との間に形成されており、
前記第一のヒータが、前記表示部の底部に配設され、
前記着色流体収容部が、前記支持基板の他方の面と、前記支持基板の他方の面上に積層された透明基板との間に形成された空隙であり、
前記第二のヒータが、前記支持基板の他方の面上に配設され、
前記着色流体移動部が、前記支持基板を貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部との間を連通させる貫通孔であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
The display unit is formed between one surface of the support substrate and a transparent substrate laminated on one surface of the support substrate;
The first heater is disposed at the bottom of the display unit;
The colored fluid containing portion is a gap formed between the other surface of the support substrate and a transparent substrate laminated on the other surface of the support substrate;
The second heater is disposed on the other surface of the support substrate;
The display device according to claim 1, wherein the colored fluid moving unit is a through hole that penetrates the support substrate and communicates between the display unit and the colored fluid storage unit.
前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
2σ(1/d+1/W)>2σ(1/d+1/W) (1)
(式中、σは第一の温度における表面張力を表し、dは表示部または着色流体収容部の深さを表し、Wは表示部または着色流体収容部の幅を表し、σは第二の温度における表面張力を表し、dは着色流体移動部の深さを表し、Wは着色流体移動部の幅(直径)を表す。)
The display device according to claim 1, wherein the display unit and the colored fluid storage unit satisfy the following relationship, respectively.
0 (1 / d b + 1 / W b )> 2σ 1 (1 / d a + 1 / W a ) (1)
(Wherein, sigma 0 represents the surface tension of the first temperature, d a represents the depth of the display unit or the colorant fluid accommodating portion, W a represents a width of the display unit or the colorant fluid accommodating portion, sigma 1 represents the surface tension at the second temperature, d b represents the depth of the colored fluid transfer unit, W b represents a colorant fluid movement in the width (diameter).)
前記表示部および前記着色流体収容部が、それぞれ下記の関係を満たすものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表示装置。
2σ(1/d+1/W)−2σ(1/d+1/W)>αρL (2)
(式中σは表面張力を表し、dは表示部または着色流体収容部の深さを表し、Wは表示部または着色流体収容部の幅を表し、dは着色流体移動部の深さを表し、Wは着色流体移動部の幅(直径)を表し、αは表示部から着色流体移動部に移動するときの着色流体の加速度を表し、ρは着色流体の密度を表し、Lは表示部の着色流体移動方向の長さを表す。)
The display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the display unit and the colored fluid storage unit satisfy the following relationship, respectively.
2σ (1 / d a + 1 / W a ) −2σ (1 / d b + 1 / W b )> αρL (2)
(Wherein σ represents the surface tension, d a represents the depth of the display unit or the colorant fluid accommodating portion, W a represents a width of the display unit or the colorant fluid accommodating portion, d b is the depth of the colored fluid movement unit represents is, W b represents a colorant fluid movement in the width (diameter), alpha represents the acceleration of the colorant fluid as it moves to the colored fluid movement unit from the display unit, [rho represents the density of the colored fluid, L Represents the length of the display unit in the direction of movement of the colored fluid.)
前記支持基板が、表示部と着色流体収容部とを連通させる空気循環路を更に具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の表示装置。The display device according to claim 1, wherein the support substrate further includes an air circulation path that allows the display unit and the colored fluid storage unit to communicate with each other. 前記表示部、前記着色流体収容部、および着色流体移動部のうちの少なくとも一つの内壁には撥インク処理が施されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の表示装置。The ink repellent process is performed on at least one inner wall of the display unit, the colored fluid storage unit, and the colored fluid moving unit. Display device. 前記着色流体移動部の投影面積が、前記表示部の投影面積の50パーセント以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示装置。The display device according to claim 1, wherein a projected area of the colored fluid moving unit is 50% or less of a projected area of the display unit. 前記表示部が、前記着色流体移動部に対応する部分に遮光マスクを備えていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の表示装置。The display device according to claim 1, wherein the display unit includes a light shielding mask in a portion corresponding to the coloring fluid moving unit. 前記第一のヒータおよび前記第二のヒータが、前記着色流体移動部または前記空気循環路の内壁面の少なくとも一部まで延設されていることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の表示装置。The said 1st heater and said 2nd heater are extended to at least one part of the inner wall surface of the said coloring fluid moving part or the said air circulation path, The any one of Claim 5 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The display device according to item. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の表示装置を複数台配列してなるセグメントを複数個マトリックス状に配列したセグメント行列と、
前記セグメント行列の各行に沿って配設され、前記ヒータと接続された横配線と、
前記セグメント行列の各列に沿って配設され、前記ヒータと接続された縦配線と、
前記各横配線および前記各縦配線と接続され、前記各表示装置を駆動することにより前記セグメント行列上に画像を形成させる駆動回路と
を具備することを特徴とする画像表示装置。
A segment matrix in which a plurality of segments formed by arranging a plurality of display devices according to any one of claims 1 to 9 are arranged in a matrix;
A horizontal wiring disposed along each row of the segment matrix and connected to the heater;
A vertical wiring disposed along each column of the segment matrix and connected to the heater;
An image display device comprising: a drive circuit connected to each of the horizontal wires and each of the vertical wires to form an image on the segment matrix by driving the display devices.
支持基板と、
前記支持基板の一方の面上に形成された空隙状の表示部と、
前記支持基板の他方の面上に形成された空隙状の着色流体収容部と、
前記表示部の一方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第一の着色流体移動部と、
前記表示部の他方の端に設けた開口部から前記支持基板を厚さ方向に貫通し、前記表示部と前記着色流体収容部とを連通させる第二の着色流体移動部と、
前記第一の着色流体移動部の内壁面上に配設された第一のヒータと、
前記第二の着色流体移動部の内壁面上に配設された第二のヒータと、
前記着色流体収容部に収容された着色流体と、
前記第一のヒータを第一の温度に、前記第二のヒータを第二の温度にそれぞれ温度調節し、前記第一の温度と第二の温度とにおける前記着色流体の熱毛管圧差により、前記着色流体を前記着色流体収容部と前記表示部との間で移動させるインク駆動手段と
を具備することを特徴とする表示装置。
A support substrate;
A void-shaped display portion formed on one surface of the support substrate;
A void-shaped colored fluid containing portion formed on the other surface of the support substrate;
A first colored fluid moving unit that penetrates the support substrate in a thickness direction from an opening provided at one end of the display unit, and communicates the display unit and the colored fluid storage unit;
A second colored fluid moving unit that penetrates the support substrate in the thickness direction from an opening provided at the other end of the display unit, and communicates the display unit and the colored fluid storage unit;
A first heater disposed on an inner wall surface of the first colored fluid moving part;
A second heater disposed on the inner wall surface of the second colored fluid moving part;
A colored fluid accommodated in the colored fluid accommodating portion;
The temperature of the first heater is adjusted to a first temperature and the second heater is adjusted to a second temperature, respectively, and the thermocapillary pressure difference of the colored fluid at the first temperature and the second temperature is A display device comprising: ink driving means for moving the coloring fluid between the coloring fluid storage portion and the display portion.
表示部を第一の温度に温度調節すると共に着色流体移動部の温度を前記第一の温度より高い第二の温度に温度調節することにより、前記表示部内に収容された着色流体と前記着色流体移動部に収容された着色流体との間で熱毛管圧差を生ぜしめ、この熱毛管圧差により前記着色流体を前記表示部と前記着色流体移動部との間で移動させ、それにより前記表示部に画像を表示させることを特徴とする表示方法。By adjusting the temperature of the display unit to the first temperature and adjusting the temperature of the colored fluid moving unit to a second temperature higher than the first temperature, the colored fluid housed in the display unit and the colored fluid A thermal capillary pressure difference is generated between the colored fluid contained in the moving unit, and the colored fluid is moved between the display unit and the colored fluid moving unit due to the thermal capillary pressure difference, thereby causing the display unit to A display method characterized by displaying an image.
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