JP2005316316A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多孔質シートの細孔に液体に電界を印加して移動させることにより画面表示する表示装置において、液体の移動速度を高速化する。
【解決手段】多孔質シートの厚さ方向にそれぞれ独立した液体移動用の細孔を備え、これら細孔内に、印加される電圧に応じてエレクトロウェッティング方式で液体を流入・流出させ、細孔内の液体量に応じて前記シート表面の光反射率を変化させて画像を形成する表示装置であって、前記各細孔の内面に電極が設けている共に該細孔をシートの一面に開口させ、該細孔の開口に対向させて対向電極を配置し、該対向電極は基部側より小径化した突起部を設けた突起状電極とし、該突起部を前記細孔内に前記内面の電極と非接触で突出させ、あるいは該細孔の開口端面と近接する位置まで突出させている。前記細孔の内側の電極と前記対向電極の最短距離を1〜10μmの範囲に設定している。
【選択図】 図2
【解決手段】多孔質シートの厚さ方向にそれぞれ独立した液体移動用の細孔を備え、これら細孔内に、印加される電圧に応じてエレクトロウェッティング方式で液体を流入・流出させ、細孔内の液体量に応じて前記シート表面の光反射率を変化させて画像を形成する表示装置であって、前記各細孔の内面に電極が設けている共に該細孔をシートの一面に開口させ、該細孔の開口に対向させて対向電極を配置し、該対向電極は基部側より小径化した突起部を設けた突起状電極とし、該突起部を前記細孔内に前記内面の電極と非接触で突出させ、あるいは該細孔の開口端面と近接する位置まで突出させている。前記細孔の内側の電極と前記対向電極の最短距離を1〜10μmの範囲に設定している。
【選択図】 図2
Description
本発明は、表示装置に関し、詳しくは、多孔質シート内の細孔を外部電場を利用して液体を移動させて前記シート表面の光反射率を変化させることにより画像を形成する電子ディスプレイにおいて、前記細孔内の液体を高速で移動させて動画表示を可能とするものである。
従来より、透明もしくは着色の液体の移動現象を利用して表示を行う電子ディスプレイが提案されている。例えば、外部電場を利用して液体を移動させて表示する方式として、電気浸透方式とエレクトロウェッティング方式がある。
前記電気浸透方式は、特開昭56−88174号公報(特許文献1)、特開昭56−88176号公報(特許文献2)、特開昭59−224829号公報(特許文献3)に開示されているように、多孔質散乱体の表面の液体含浸率を制御して外光を散乱させ、外光に対する光反射率や光透過率を制御し、予め多孔質体と透明液体の屈折率を一致させておき、多孔質体の細孔内に液体で満たさせると透明となり、細孔から液体が流出すると光散乱が生じる構成とされている。
後記エレクトロウェッティング方式は、細管内の液体に対する電界印加で液体の界面張力を変化させ、電気毛管現象で細管内に液体を流入させる一方、電界除去により細管から液体を流出させる現象を利用している。
詳しくは、細管の内面側に設けられる電極と外部電極との間のスイッチが閉じられる電圧ON時には、液体に電界を印加され、液体の細管内面に対する濡れ性が変化し、液体の細管内面に対する接触角が減少して広がった状態となる。この現象に基づいて、液体は細管内を電気毛管現象で移動していく。
一方、スイッチが開かれ、液体に対する電界印加が除去されると、細管内面に対する液体の濡れ性が変化して接触角度は急激に増大し、細孔内面との接触面積は減少する。この現象に基づいて液体は細管から流出される。
詳しくは、細管の内面側に設けられる電極と外部電極との間のスイッチが閉じられる電圧ON時には、液体に電界を印加され、液体の細管内面に対する濡れ性が変化し、液体の細管内面に対する接触角が減少して広がった状態となる。この現象に基づいて、液体は細管内を電気毛管現象で移動していく。
一方、スイッチが開かれ、液体に対する電界印加が除去されると、細管内面に対する液体の濡れ性が変化して接触角度は急激に増大し、細孔内面との接触面積は減少する。この現象に基づいて液体は細管から流出される。
該エレクトロウエッティング方式の表示方法として、ベル研究所が「G.Beni and
S.Hackwood, Appl.Phys.Lett., 38, 207, 1981」(非特許文献1)で発表した画像の表示方法では、細管に、該細管の光屈折率と同等の屈折率を有する透明液体を流入、流出させ、液体の流入により外光を透過状態として細管の背面側の色を画面上に提示させる一方、液体の流出により外光を散乱状態として前記色が提示されないようにしている。
また、特開平10−39799号公報(特許文献4)で提供されている電気毛管カラーディスプレイシートは、図11に示す構成とされている。該ディスプレイシートは3枚の透明シート101、102、103を間隔をあけて配置し、中間シート102に複数組のリザーバ104を備えている。該リザーバ104の一端はシート101と102の間の細孔6と連通されると共に、他端はシート102とシート103の間の細孔107とに連通され、細孔106側には着色液体l1が満たされると共に、細孔107側には透明あるいは液体l1と対象的な色の液体l2が満たされ、液体l1とl2とは互いに混和されない非導電性の有極液体とされている。また、前記シート101とシート102とには夫々対向面側に電極108、109が配置されている。
前記電極108と109の回路を開閉し、回路閉時には液体11、12を細孔106、107を流入させてカラー画素を創出させ、回路開時には液体11とl2をリザーバ104に戻してカラー画素を透明化させている。
S.Hackwood, Appl.Phys.Lett., 38, 207, 1981」(非特許文献1)で発表した画像の表示方法では、細管に、該細管の光屈折率と同等の屈折率を有する透明液体を流入、流出させ、液体の流入により外光を透過状態として細管の背面側の色を画面上に提示させる一方、液体の流出により外光を散乱状態として前記色が提示されないようにしている。
また、特開平10−39799号公報(特許文献4)で提供されている電気毛管カラーディスプレイシートは、図11に示す構成とされている。該ディスプレイシートは3枚の透明シート101、102、103を間隔をあけて配置し、中間シート102に複数組のリザーバ104を備えている。該リザーバ104の一端はシート101と102の間の細孔6と連通されると共に、他端はシート102とシート103の間の細孔107とに連通され、細孔106側には着色液体l1が満たされると共に、細孔107側には透明あるいは液体l1と対象的な色の液体l2が満たされ、液体l1とl2とは互いに混和されない非導電性の有極液体とされている。また、前記シート101とシート102とには夫々対向面側に電極108、109が配置されている。
前記電極108と109の回路を開閉し、回路閉時には液体11、12を細孔106、107を流入させてカラー画素を創出させ、回路開時には液体11とl2をリザーバ104に戻してカラー画素を透明化させている。
表示装置において動画表示を行うためには、細管内で液体を高速且つ低電圧で移動(上下運動)させなければならない。この点から前記電気浸透方式とエレクトロウエッティング方式とを比較すると、エレクトロウェッティング方式が液体を高速に移動させることが可能となる。
前記液体の移動速度は、液体に加わる電界強度の依存度が大きいが、前記非特許文献1では、細管の内部に設ける電極と対向電極の取付位置関係が明確でなく、細管側の電極と対向電極との配置関係によっては強い電界を液体に加えることが出来ず、液体の移動速度を高速化できず、動画表示が不可能となる問題がある。
また、前記図11に示す特許文献4の開示のディスプレイシートでは、平行配置する3枚の透明シートの間に形成される上下2つ細孔にリザーバから液体を流入させ、また、2つの細孔から液体をリザーバに戻す必要があるため、液体の移動速度が遅くなる。特に、電極108と109から離れた位置の細孔107内の液体の移動速度が遅くなりやすい問題がある。また、3枚の透明シートを必要とすると共にリザーバは上下の液体l1、l2を貯溜するためにシート102を厚くしてリザーバ4の長さを大とする必要があり、ディスプレイシートの全体厚さが大となると共に構造が複雑となる問題がある。
特開昭56−88174号公報
特開昭56−88176号公報
特開昭59−224829号公報
特開平10−39799号公報
G.Beni and S.Hackwood, Appl.Phys.Lett., 38, 207, 1981
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、エレクトロウェッティング方式を用いた画像表示装置において、細管内への液体の流入、流出速度を低電圧駆動で高速化し、動画表示を可能とすることを課題としている。
前記課題を解決するため、本発明は、第1に、多孔質シートの厚さ方向にそれぞれ独立した液体移動用の細孔を備え、これら細孔内に、印加される電圧に応じてエレクトロウェッティング方式で液体を流入・流出させ、細孔内の液体量に応じて前記シート表面の光反射率を変化させて画像を形成する表示装置であって、
前記各細孔の内面に電極が設けている共に該細孔をシートの一面に開口させ、該細孔の開口に対向させて対向電極を配置し、該対向電極は基部側より小径化した突起部を設けた突起状電極とし、該突起部を前記細孔内に前記内面の電極と非接触で突出させ、あるいは該細孔の開口端面と近接する位置まで突出させていることを特徴とする表示装置を提供している。
前記各細孔の内面に電極が設けている共に該細孔をシートの一面に開口させ、該細孔の開口に対向させて対向電極を配置し、該対向電極は基部側より小径化した突起部を設けた突起状電極とし、該突起部を前記細孔内に前記内面の電極と非接触で突出させ、あるいは該細孔の開口端面と近接する位置まで突出させていることを特徴とする表示装置を提供している。
前記したように、シートに設けられた細孔に対して流入、流出する液体の移動速度は、電界強度に依存し、電圧を印加される電極間の距離を近づける程に電界強度が大きくなる。よって、本発明では細孔内面の電極と対向電極との電極間の距離を出来るだけ近接させるため、前記したように、対向電極を突起状電極とし、細孔の開口内部に小径とした先端を挿入可能とし、あるいは、細孔内径が微小で突起状電極を挿入できない場合も、対向電極の先端を各細孔開口に可能な限り近接させるようにしている。このように、電極間の距離前記した寸法に設定すると、電極に印加する電圧を低電圧としても液体を移動させることができ、低電圧駆動が可能となる。
前記突起状電極の具体的な形状は、断面形状が山形状、逆T形状、半球状、あるいは球面を窪ませた半球状とすることが好ましい。
また、前記突起状電極の表面には電極の劣化を防止するために、絶縁被膜を設けておくことが好ましい。
また、前記突起状電極の表面には電極の劣化を防止するために、絶縁被膜を設けておくことが好ましい。
本発明は、第2に、前記対向電極として、前記突起状電極に代えて、平板形状とした平板電極を備えた表示装置を提供している。平型電極とする場合には、細孔開口側の表面に電極の劣化を防ぐために絶縁被膜を設けている。
前記平板電極は、細孔の断面形状と対応した平板形状とし、細孔が断面円形の場合には円盤形状の平板とすることが好ましいが、矩形状の平板としてもよい。該平型電極は、細孔の開口端より微小な隙間をあけて外方に配置しているが、細孔内部に突出させて配置しても良い。その場合には、細孔内径より一回り小さく形成して、細孔内面の電極と対向電極の外周面との間に隙間をあけている。
前記対向電極として突起状電極を用いた場合、また、平型電極を用いた場合のいずれも、該対向電極と前記細孔内面の電極とは最短距離が1μm〜10μmの範囲となるように配置している。
前記電極間の最短距離を1μm〜10μmの範囲としているのは、1μmより小さい寸法とすると短絡が生じる能性があり、かつ、1μm未満の隙間をあけた配置することは製造上で極めて困難である。一方、10μmより大きい寸法とすると、迅速に強い電界を発生させることが出来ず、液体の高速移動を実現できなくなるからである。
前記電極間の最短距離を1μm〜10μmの範囲としているのは、1μmより小さい寸法とすると短絡が生じる能性があり、かつ、1μm未満の隙間をあけた配置することは製造上で極めて困難である。一方、10μmより大きい寸法とすると、迅速に強い電界を発生させることが出来ず、液体の高速移動を実現できなくなるからである。
前記多孔質体の細孔は貫通孔とし、これら細孔内周面の全面に電極膜を形成して、前記電極を設けることが最も好ましい。
即ち、細孔の内面電極と対向電極との間に電圧が印加される際、細孔内面の全面に亙って電極が配置されていると、細孔内面全面と対向電極との間に電界が生じ、細孔内面全面を液体に対する濡れ性が良い親水性とすることができる。よって、細孔内をエレクトロウエッチングで移動する液体を、対向電極配置側と反対側の先端まで高速で移動させることができる。また、電界除去時には高速で液体を細孔より流出させることができる。
即ち、細孔の内面電極と対向電極との間に電圧が印加される際、細孔内面の全面に亙って電極が配置されていると、細孔内面全面と対向電極との間に電界が生じ、細孔内面全面を液体に対する濡れ性が良い親水性とすることができる。よって、細孔内をエレクトロウエッチングで移動する液体を、対向電極配置側と反対側の先端まで高速で移動させることができる。また、電界除去時には高速で液体を細孔より流出させることができる。
前記多孔質シートに設ける細孔の直径は0.1μm〜100μmの範囲とされる。
前記のように、細孔の直径を0.1μm〜100μmと極細孔とすると、細孔の内面電極と対向電極を導通した時に細孔内に発生させる電界強度をあげることが出来ると共に、細孔内をエレクトロウェッティング方式で移動する液体の移動速度を高速化することができる。
前記細孔直径はより好ましくは、0.1μm〜50μm、特に0.1μm〜10μmが好ましい。
前記のように、細孔の直径を0.1μm〜100μmと極細孔とすると、細孔の内面電極と対向電極を導通した時に細孔内に発生させる電界強度をあげることが出来ると共に、細孔内をエレクトロウェッティング方式で移動する液体の移動速度を高速化することができる。
前記細孔直径はより好ましくは、0.1μm〜50μm、特に0.1μm〜10μmが好ましい。
また、前記多孔質シートの厚さ(表面から裏面までの寸法)は、10μm〜300μmの範囲としていることが好ましい。より好ましくは10μm〜100μm、特に50μm前後が好ましい。
このように、シートの厚さを1mm以下の非常に薄いシートとしていることより、所謂ペーパーディスプレイとすることができる。
このように、シートの厚さを1mm以下の非常に薄いシートとしていることより、所謂ペーパーディスプレイとすることができる。
前記のように、シートの厚さを10μm〜300μmとすると、該シートの表裏両面に開口する貫通孔からなる細孔の長さも10μm〜300μmとなり、直径0.1μm〜100μm、長さ10μm〜300μmの細孔に対して、液体をエレクトロウエッティング方式で高速に流入および流出させることができる。前記細孔の間隔も0.1〜50μmの範囲とすることが好ましい。
前記多孔質シートは絶縁材からなり、形成材料は樹脂、ガラス、セラミック等のいずれでも良い。樹脂としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも用いることができ、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート、テフロン(R)等が用いられる。また、セラミックの場合は酸化アルミニウム、酸化チタニウム、酸化シリコン等が用いられる。これらのいずれの材料を用いる場合においても、シートは透明とされることが好ましい。
また、多孔質シートに設けられる細孔の形成方法としては、フォトリソグラフィ法、陽極酸化法、エッチング法、染色法、印刷法等、適宜な形成方法が採用される。
また、多孔質シートに設けられる細孔の形成方法としては、フォトリソグラフィ法、陽極酸化法、エッチング法、染色法、印刷法等、適宜な形成方法が採用される。
前記多孔質シートの細孔内面に設ける電極は、透明電極とし、インジウム/酸化スズ、酸化スズ等の透明材料を用い、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ディップコーティング法等で形成している。
前記対向電極は、多孔質シートの画面表示側と反対側の裏面側に配置する基板上に設けている。該基板も前記多孔質シート材料と同様な絶縁材から形成し、該基板上にインジウム/酸化スズ、酸化スズ、ニッケル、金、白金を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ディップコーティング法等で形成している。なお、対向電極は必ずしも透明電極とする必要はない。
また、細孔を移動する前記液体としては、導電性あるいは有極性の液体が用いられ、該液体は光屈折率が前記シートの光屈折率と実質的に同一であるものが用いられ、例えば、KCl、NaCl等の電解質を含む水、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコール、これらの混合液、その他の適宜な液体が用いられる。
前記対向電極は、多孔質シートの画面表示側と反対側の裏面側に配置する基板上に設けている。該基板も前記多孔質シート材料と同様な絶縁材から形成し、該基板上にインジウム/酸化スズ、酸化スズ、ニッケル、金、白金を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ディップコーティング法等で形成している。なお、対向電極は必ずしも透明電極とする必要はない。
また、細孔を移動する前記液体としては、導電性あるいは有極性の液体が用いられ、該液体は光屈折率が前記シートの光屈折率と実質的に同一であるものが用いられ、例えば、KCl、NaCl等の電解質を含む水、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコール、これらの混合液、その他の適宜な液体が用いられる。
前記のように、対向電極は基板上に設けられ、該基板の表面側に前記多孔質シートが配置されると共に裏面側に前記シートの細孔内を移動させる前記液体の液溜めが設けられ、
前記対向電極と細孔内側の電極との回路閉時に前記液体に印加される電界によって前記液体を前記液溜め側から前記細孔内に流入させる一方、回路開時に前記電界の除去により前記液体が前記液溜め側に排出される構成とすることが好ましい。
前記対向電極と細孔内側の電極との回路閉時に前記液体に印加される電界によって前記液体を前記液溜め側から前記細孔内に流入させる一方、回路開時に前記電界の除去により前記液体が前記液溜め側に排出される構成とすることが好ましい。
前記液溜めに貯溜される液体は、前記したように、導電性あるいは有極性を有する液体で、かつ、着色透明液体あるいは無色透明液体とされ、かつ、前記したように、シートを透明として、該シートの光屈折率を前記液体の光屈折率を前記シートの光屈折率と実質的に同一としていることが好ましい。
これにより、対向電極と細孔内側の電極との回路閉時に、前記液体に印加される電界によって液体が液溜め側から細孔内に流入され、細孔内が液体で満たされると、液体とシートとの屈折率を実質的に同一としているため、入射光が液体とシートの細孔内面との界面で反射することなく透過して透明となり、シートの裏面側に配置された前記対向電極や前記液体の色が画面に提示される。
これに対して、電極間の回路開時に前記電界の除去されると、液体が液溜め側に排出され細孔内に液体が満たされていな状態となり、細孔内の空気層とシートの屈折率が相違するため、該屈折率の相違により光り散乱が発生し、シートの表面からの反射光が散乱することにより、画面は白色を呈することとなる。
これにより、対向電極と細孔内側の電極との回路閉時に、前記液体に印加される電界によって液体が液溜め側から細孔内に流入され、細孔内が液体で満たされると、液体とシートとの屈折率を実質的に同一としているため、入射光が液体とシートの細孔内面との界面で反射することなく透過して透明となり、シートの裏面側に配置された前記対向電極や前記液体の色が画面に提示される。
これに対して、電極間の回路開時に前記電界の除去されると、液体が液溜め側に排出され細孔内に液体が満たされていな状態となり、細孔内の空気層とシートの屈折率が相違するため、該屈折率の相違により光り散乱が発生し、シートの表面からの反射光が散乱することにより、画面は白色を呈することとなる。
前記細孔の内面に設けられる前記電極の表面に絶縁層が設けており、該絶縁層を前記回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となるものとしてもよい。
あるいは、電極の表面に絶縁層が設け、該絶縁層の表面に前記回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となる樹脂層が設けられてもよい。該樹脂としてはフッ素系樹脂が好ましい。 動画表示を可能とするためには、液体の移動速度の高速化する必要がある点から、細孔の電極内面に前記した回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となる被覆を形成することが非常に有効である。例えば、フッ素被膜を設けた場合、水の表面面積を20〜30倍の範囲で増大させることができ、液体を超高速で細孔内を移動させることができる。
あるいは、電極の表面に絶縁層が設け、該絶縁層の表面に前記回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となる樹脂層が設けられてもよい。該樹脂としてはフッ素系樹脂が好ましい。 動画表示を可能とするためには、液体の移動速度の高速化する必要がある点から、細孔の電極内面に前記した回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となる被覆を形成することが非常に有効である。例えば、フッ素被膜を設けた場合、水の表面面積を20〜30倍の範囲で増大させることができ、液体を超高速で細孔内を移動させることができる。
前記シートに設けられる細孔は、表示画面の1画素に対して複数個設けられ、1画素の色は一色とされるため、1画素中の複数の細孔における液体の移動は同時になされる。よって、前記複数の細孔の開口側に設ける対向電極を各細孔毎に個別に設けず、大型の1つの対向電極を設けて、各細孔の共用電極としてもよい。
この場合も、各細孔の内側電極と前記大型の共用の対向電極との最短距離が前記1μm〜10μmの範囲に配置している。
このように、対向電極を各細孔毎に個別に形成せずに、1画素単位の複数細孔に対して1つの共用電極とすると、製造上に置いて電極の作成およびシートとの組み付け性で容易となる。
この場合も、各細孔の内側電極と前記大型の共用の対向電極との最短距離が前記1μm〜10μmの範囲に配置している。
このように、対向電極を各細孔毎に個別に形成せずに、1画素単位の複数細孔に対して1つの共用電極とすると、製造上に置いて電極の作成およびシートとの組み付け性で容易となる。
前記基板と前記シートとの間に液体移動用の隙間が設けられると共に、該隙間と前記液溜めとを連通する細孔が基板に形成され、前記シート内の細孔に液溜めに貯溜された液体が流入されると共に該細孔の液体が液溜めに流出される構成とされている。
前記基板とシートとの間に液体細孔用の隙間に常時液体が貯溜される状態としておくと、電極間の閉回路とした際に液体を前記シートの細孔に高速で流入させることができる。
前記基板とシートとの間に液体細孔用の隙間に常時液体が貯溜される状態としておくと、電極間の閉回路とした際に液体を前記シートの細孔に高速で流入させることができる。
本発明の表示装置において、前記液溜めに貯溜される液体をR,G.Bのいずれかの着色透明液体としておき、あるいは液体を無色透明液体とすると共に対向電極をR,G.Bのいずれかに着色しておくと、フルカラーの画像表示ができ、かつ、液体を細孔内に高速で流入、流出させることができるため、フルカラーの動画表示を行うことができる。
上述したように、本発明の表示装置では、多孔質シートの細孔に液体を移動させ、シート表面の光反射率を変化させることで画像を形成する電子ディスプレイにおいて、細孔内面に電極を設ける一方、対向電極を細孔の一方側開口に配置して、これら電極間の最短距離を1〜10μmの範囲の近接位置に配置している。多孔質シートに設けられた細孔に対して流入、流出する液体の移動速度は、電界強度に依存し、電圧が印加される電極間の距離を近づける程に電界強度が大きくなるため、前記のように、電極間の距離を設定すると、電極に印加する電圧を低電圧としても液体に印加される電界を強くすることができ、低電圧で液体を高速移動させることができる。その結果、動画表示を可能とすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1(A)(B)は本発明の表示装置の概略的な構成を示し、図2は部分的な要部拡大図である。表示装置10はエレクトロウェッティング方式を採用し、多孔質体の細孔に透明液体を移動させ、該液体の移動量に応じて多孔質体表面の光反射率を変化させて画像を形成している。
図1(A)(B)は本発明の表示装置の概略的な構成を示し、図2は部分的な要部拡大図である。表示装置10はエレクトロウェッティング方式を採用し、多孔質体の細孔に透明液体を移動させ、該液体の移動量に応じて多孔質体表面の光反射率を変化させて画像を形成している。
表示装置10は、表示画面側の前面ガラス12と背面側の基板11の間に透明とした多孔質体からなるシート1を配置している。該シート1は前面から背面へと厚さ方向に貫通させた多数の微細な細孔2を液体移動用として備え、図2に示すように、各細孔2の内面全体に透明導電膜からなる電極5を設け、該電極5の表面に絶縁被膜7を設けている。前記基板11の表面には前記各細孔2の下面開口とそれぞれ対向する位置に平型の対向電極6を設け、該対向電極6の表面にも絶縁被膜3を設けている。
前記基板11の背面側に液体Qを貯溜する液溜め8を設けるとともに、図3に示すように、基板11の前面に液体Qが移動する孔11aを形成している。液溜め8に貯留する前記液体Qは透明な導電性を有する液体とし、該液体Qの光屈折率は多孔質シート1の屈折率と実質的に同等としている。
この液溜め8に貯溜される液体Qは基板11の孔11aを通して基板11の表面とシート1の図中下端面との間の隙間15に流入し、さらに、対向電極6と対向して開口する細孔2の下端開口2aより細孔2内に流入させている。
この液溜め8に貯溜される液体Qは基板11の孔11aを通して基板11の表面とシート1の図中下端面との間の隙間15に流入し、さらに、対向電極6と対向して開口する細孔2の下端開口2aより細孔2内に流入させている。
前記基板11の表面に設けた対向電極6は円板形状とした平型電極とし、その直径D1は細孔2の内周面に形成した電極5の内径D2よりも大とし、対向電極6の表面の外周部が電極6と対向して位置させ、その間の距離L1を1μm〜10μmに設定している。
該対向電極6と細孔2の内面全体に形成した電極5との間にはスイッチ9を介して開閉している。
該対向電極6と細孔2の内面全体に形成した電極5との間にはスイッチ9を介して開閉している。
上記構成からなる表示装置において、液体Qはエレクトロウェッティングの原理により、基板11の対向電極6と細孔2内の電極5間のスイッチ9の開閉に応じて細孔2内に流入し、あるいは細孔2より流出して液溜め8側に戻る。
即ち、スイッチ9はノーマルオープンで、液体Qは図1(A)の状態であり、細孔2の表面側まで液体Qは流入されず、細孔2の下端部にのみ液体Qが残った状態で、液体Qは液溜め8側に戻されている。この細孔2の内部に液体Qが流入せずに中空状態となり、細孔2内に空気層Aが存在している状態では、空気層Aの屈折率とシート1の屈折率の相違で、表示画面側からの入射光が空気層Aとシートの細孔2の内周面との界面で散乱し、光り散乱により表示画面は白色化している。
即ち、スイッチ9はノーマルオープンで、液体Qは図1(A)の状態であり、細孔2の表面側まで液体Qは流入されず、細孔2の下端部にのみ液体Qが残った状態で、液体Qは液溜め8側に戻されている。この細孔2の内部に液体Qが流入せずに中空状態となり、細孔2内に空気層Aが存在している状態では、空気層Aの屈折率とシート1の屈折率の相違で、表示画面側からの入射光が空気層Aとシートの細孔2の内周面との界面で散乱し、光り散乱により表示画面は白色化している。
スイッチ9が閉じられて、電極5と対向電極6に電圧が印加されると、電極5と対向電極6との間に電界が発生し、導電性を有する液体Qに電界が印加され、図4に示すように細孔2の内面電極5と液体Qとの間に電気二重層が形成され、細孔2の内面の濡れ性が変化して親水性となる。前記説明したように、液体Qに電界が印加されると、細孔2の内面電極5に対する接触角度が減少して広がった状態となり、液体Qは細孔2内を上昇していく。其の際、電極5と対向電極6との距離L1が1〜10μmと非常に近接させているため、細孔2の下端部に溜まっている液体Qに対して電界が瞬時に印加され、かつ、細孔2の内面全面に電極5を形成しているため、液体Qの瞬時に細孔2内を上昇し始め、かつ、細孔2内を高速度で上昇させることができる。
かつ、電極5と対向電極6とを近接位置に配置して電界を発生させるため、スイッチ9を閉じると液体Qを細孔2に瞬時に上昇できる。よって、印加する電圧を低くしても液体Qの移動を高速化でき、その結果、低電圧での液体の移動を実現できる。
かつ、電極5と対向電極6とを近接位置に配置して電界を発生させるため、スイッチ9を閉じると液体Qを細孔2に瞬時に上昇できる。よって、印加する電圧を低くしても液体Qの移動を高速化でき、その結果、低電圧での液体の移動を実現できる。
前記したように、スイッチ9を閉じて液体Qは細孔2内を表面側へと移動させ、図1(B)に示す状態となると、液体Qとシート1の屈折率は実質的に同等としているため、光は液体Qに対向電極6まで透過し、対向電極6側の色を表示画面に呈して、画像を表示することとなる。
其の際、透明液体Qが無色透明で電極6が黒色であれば、表示画面の画像は白黒画像となる一方、透明な液体Qを透光性カラーインクあるいは不透明着色インクとすると共に電極6を透明電極とし、あるいは対向電極6にカラーインクを塗布しておくと、表示画像はカラー画像となる。
其の際、透明液体Qが無色透明で電極6が黒色であれば、表示画面の画像は白黒画像となる一方、透明な液体Qを透光性カラーインクあるいは不透明着色インクとすると共に電極6を透明電極とし、あるいは対向電極6にカラーインクを塗布しておくと、表示画像はカラー画像となる。
図1(B)に示す状態から、スイッチ9を開くと、液体Qに印加された電界が除去され、細孔2の内面電極5は疎水性となり、液体Qの細孔内面電極5に対する接触角度は急速に拡大して表面積が縮小し、液体Qは細孔2内を高速で下降して液溜め8に戻り図1(A)に示す状態に戻ることとなる。
図5は第2実施形態を示し、前記基板11上の対向電極6の直径を若干小さくして基板11より突出させ、対向電極6をシート1の細孔2内に下端開口2aより挿入した状態としている。其の際、対向電極6の外周面と細孔2内の電極5との内周面の距離L2は前記L1と同様に1〜10μmとしている。
このように、対向電極6を細孔2の下端開口より細孔内部に突出させて、対向電極6と細孔内面電極5とを近接配置した場合も、前記第1実施形態と同様に、電極5、6間に電圧を印加すると液体に瞬時に電界を印加でき、液体の移動を高速化することができる。
このように、対向電極6を細孔2の下端開口より細孔内部に突出させて、対向電極6と細孔内面電極5とを近接配置した場合も、前記第1実施形態と同様に、電極5、6間に電圧を印加すると液体に瞬時に電界を印加でき、液体の移動を高速化することができる。
図6(A)は第3実施形態を示し、基板11上の対向電極6を円錐形状とし、大径の基部6aより頂点6bに向けた突出させた突起状電極としている。該対向電極6の基部6aはシート1の内面電極5の下端面と対向位置まで広げていると共に、頂点6aはシート1の細孔2の下端開口2aの中心位置で且つ同一水平線状に位置させている。該対向電極6と細孔2の内面との最短距離L3も前記L1、L2と同様に1〜10μmの範囲としている。前記対向電極6は第2実施形態と同様に頂点6bを細孔2の内部に下端開口2aより挿入してもよい。
前記円錐形状の対向電極6は、その表面に絶縁被膜を形成していないが、図6(B)に示すように、絶縁被膜3’を形成してもよい。
前記円錐形状の対向電極6は、その表面に絶縁被膜を形成していないが、図6(B)に示すように、絶縁被膜3’を形成してもよい。
図7は第4実施形態を示し、基板11上の対向電極6を逆T形状の突起状電極としている。該電極6は基板11上の円板状の基部6aの中心から棒状の突起部6bを突出させ、該突起部6bを細孔2の内部に下端開口2aより挿入している。
図8(A)(B)は突起状電極6の変形例を示し、(A)が半球状とし、(B)では半球面の球面に窪みを有する形状としている。
図9は第5実施形態を示す。前記第1実施形態から第4実施形態では、多孔質シート1に形成した細孔2と夫々対向させて対向電極を形成しているが、第5実施形態では、表示画面で1画素を形成する複数の細孔2の下端開口2aに対向させて1つの共用の対向電極6’を基板11上に形成している。
該対向電極6’は1枚の大面積の平板電極からなり、その表面と各細孔2の内面電極5の下端面との距離L4を第1〜第4実施形態と同様に1〜10μmに設定している。即ち、対向電極6’とシート1との間に上記寸法の隙間15を設けている。
該対向電極6’は1枚の大面積の平板電極からなり、その表面と各細孔2の内面電極5の下端面との距離L4を第1〜第4実施形態と同様に1〜10μmに設定している。即ち、対向電極6’とシート1との間に上記寸法の隙間15を設けている。
前記対向電極6’を形成した基板11の裏面側に第1実施形態と同様に液溜め8を設け、該液溜め8の貯留した液体Qをシート1の細孔2に流入および細孔2から液溜め8に流出させるために、基板11と対向電極6’とに連通した孔11b、6c’を形成している。対向電極6’に形成する孔6c’は細孔2の下端開口2aに対向しない細孔2間のシート1の隔壁部1dとの対向位置に形成している。
また、多数の細孔2の内面電極5と接続するジョイント回路を設け、該ジョイント回路と前記対向電極6’と接続する回路との間に1つのスイッチを設けている。
また、多数の細孔2の内面電極5と接続するジョイント回路を設け、該ジョイント回路と前記対向電極6’と接続する回路との間に1つのスイッチを設けている。
前記構成とすると、スイッチの開閉作動で、1画素中のすべての細孔2内に液体Qを同時に流入、流出させることができる。また、前記第1〜第4実施形態と同様に、電極5と6’とを近接配置していることにより、スイッチの開閉作動で瞬時に液体を細孔2に液体を流入、流出させることができる。
図10は第6実施形態を示し、基板11上の対向電極6は第1実施形態と同一としている。第6実施形態では、シート1の細孔2の内面電極5の表面の絶縁被覆7の表面に、さらにテフロン(R)コーティングを施して被膜13を形成している。
前記被膜13で電極5を被覆すると、電極5と平板電極6との間のスイッチを閉じて、電界を液体Qに印加した時、被膜13の親水性が増大し、液体Qの表面積を20〜30倍程度拡大でき、液体Qが細孔2内の移動する速度を超高速化することができる。
前記被膜13で電極5を被覆すると、電極5と平板電極6との間のスイッチを閉じて、電界を液体Qに印加した時、被膜13の親水性が増大し、液体Qの表面積を20〜30倍程度拡大でき、液体Qが細孔2内の移動する速度を超高速化することができる。
1 シート
1a 画面側の表面
1b 裏面
2 細孔
2a 細孔の下端開口
5 細孔内面の電極
6 対向電極
8 液溜め
9 スイッチ
11 基板
11a 細孔
12 ガラス板
15 隙間
17 被膜
Q 液体
1a 画面側の表面
1b 裏面
2 細孔
2a 細孔の下端開口
5 細孔内面の電極
6 対向電極
8 液溜め
9 スイッチ
11 基板
11a 細孔
12 ガラス板
15 隙間
17 被膜
Q 液体
Claims (15)
- 多孔質シートの厚さ方向にそれぞれ独立した液体移動用の細孔を備え、これら細孔内に、印加される電圧に応じてエレクトロウェッティング方式で液体を流入・流出させ、細孔内の液体量に応じて前記シート表面の光反射率を変化させて画像を形成する表示装置であって、
前記各細孔の内面に電極が設けている共に該細孔をシートの一面に開口させ、該細孔の開口に対向させて対向電極を配置し、該対向電極は基部側より小径化した突起部を設けた突起状電極とし、該突起部を前記細孔内に前記内面の電極と非接触で突出させ、あるいは該細孔の開口端面と近接する位置まで突出させていることを特徴とする表示装置。 - 前記突起状電極は、断面形状が山形状、逆T形状、半球状、あるいは球面を窪ませた半球状としている請求項1に記載の表示装置。
- 前記突起状電極の表面に絶縁被膜を設けている請求項1または請求項2に記載の表示装置。
- 多孔質シートの厚さ方向にそれぞれ独立した液体移動用の細孔を備え、これら細孔内に、印加される電圧に応じてエレクトロウェッティング方式で液体を流入・流出させ、細孔内の液体量に応じて前記シート表面の光反射率を変化させて画像を形成する表示装置であって、
前記各細孔の内面に電極が設けている共に該細孔をシートの一面に開口させ、該細孔の開口に対向させて対向電極を配置し、該対向電極は平板形状とした平板電極とすると共に、その細孔開口側の表面に絶縁被膜を設けていることを特徴とする表示装置。 - 前記対向電極と前記細孔内面の電極とは最短距離が1μm〜10μmの範囲となるように配置している請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記多孔質シートに設ける細孔は、シートの両面に開口した貫通孔である請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記細孔内面の電極は、細孔の内周面全面に設けられている請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記細孔の直径は0.1μm〜100μmの範囲で、前記多孔質シートの厚さは10μm〜300μmの範囲としている請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記対向電極は基板上に設けられ、該基板の表面側に前記多孔質シートが配置されると共に裏面側に前記多孔質シートの細孔内を移動させる液体の液溜めが設けられ、該液溜めに貯溜される液体は導電性あるいは有極性の液体とされ、
前記対向電極と細孔内面の電極との回路閉時に前記液体に印加される電界によって前記液体を前記液溜め側から前記細孔内に流入させる一方、回路開時に前記電界の除去により前記液体が前記液溜め側に排出される構成とされている請求項1乃至請求項8のいずれか1項の記載の表示装置。 - 前記細孔の内面に設けられる前記電極の表面に絶縁層が設けられ、該絶縁層は前記回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となるものである請求項9に記載の表示装置。
- 前記細孔の内面に設けられる前記電極の表面に絶縁層が設けられると共に、該絶縁層の表面に前記回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となる樹脂層が設けられている請求項9に記載の表示装置。
- 前記細孔は表示画面の1画素に対して複数個設けられ、1画素中の複数の細孔の開口側に1つの前記対向電極が共用電極として配置されている請求項10乃至請求項11のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記基板と前記多孔質シートとの間に液体移動用の隙間が設けられると共に、該隙間と前記液溜めとを連通する細孔が基板に形成され、前記シート内の細孔に液溜めに貯溜された液体が流入されると共に該細孔の液体が液溜めに流出される構成とされている請求項9乃至請求項12のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記多孔質シートは透明とされる共に、前記液体は導電性あるいは有極性を有する着色透明液体、着色不透明液体あるいは無色透明液体とされ、前記多孔質シートと前記液体の光屈折率を略同一としている請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記対向電極は無色透明あるいは着色されている請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004136569A JP2005316316A (ja) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | 表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004136569A JP2005316316A (ja) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | 表示装置 |
Publications (1)
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JP2005316316A true JP2005316316A (ja) | 2005-11-10 |
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ID=35443790
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JP2004136569A Withdrawn JP2005316316A (ja) | 2004-04-30 | 2004-04-30 | 表示装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100781739B1 (ko) | 2005-09-28 | 2007-12-03 | 삼성전자주식회사 | 전기습윤에서 액적의 접촉각 변위 및 변화속도 증가방법 및상기 방법에 의해 형성된 액적을 적용한 액적제어장치 |
WO2015105199A1 (en) | 2014-01-10 | 2015-07-16 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging module and imaging device |
-
2004
- 2004-04-30 JP JP2004136569A patent/JP2005316316A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
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KR100781739B1 (ko) | 2005-09-28 | 2007-12-03 | 삼성전자주식회사 | 전기습윤에서 액적의 접촉각 변위 및 변화속도 증가방법 및상기 방법에 의해 형성된 액적을 적용한 액적제어장치 |
WO2015105199A1 (en) | 2014-01-10 | 2015-07-16 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging module and imaging device |
US10110811B2 (en) | 2014-01-10 | 2018-10-23 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging module and imaging device |
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