JP2005533268A

JP2005533268A - 光ガイドを有するディスプレイパネル

Info

Publication number: JP2005533268A
Application number: JP2003551766A
Authority: JP
Inventors: マーラ，ヨハネス; エルハーエムコベン，ピエーレ; エムイーバッケン，ヨアンナ; ホルコム，ヘラルデュスヘーペーファン; アーダイン，ペーテル
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2005-11-04
Also published as: TWI262462B; CN1602510A; AU2002348840A1; KR20040071186A; ATE330304T1; TW200409067A; EP1459281A1; DE60212450T2; EP1459281B1; DE60212450D1; WO2003050788A1; US20050117109A1

Abstract

ディスプレイパネル２１は、光ガイドプレート２、第２プレート４、及びこれらのプレートの間に配置され光ガイドプレート２から局所的に光を発光する可動素子３を有する。電極５，６、及び２５に電圧が印加されることによって可動素子３は光ガイドプレート２又は第２プレート４に局所的に接触する。可動素子３の各プレートへの付着を低減する手段は、可動素子３に対向する光ガイドプレート２の接触面１４において粗さＲ１を形成し、光ガイドプレート２に対向する可動素子３の第１接触面１４において粗さＲ２を形成し、可動素子３と対向する第２プレート４の接触面１６において粗さＲ３を形成し、第２プレート４に対向する可動素子３の第２接触面１７において粗さＲ４を形成する。粗さＲ１及びＲ２は共に粗さＲ３及びＲ４のうちの少なくとも一方を下回る。これにより付着が低減され、ディスプレイパネル２１は比較的少ないエネルギー量で動作することが可能になる。

Description

本発明はディスプレイパネルに関し、特に光ガイドプレートと、前記光ガイドプレートに対向する第２プレートと、前記光ガイドプレートと前記第２プレートとの間に配置され前記光ガイドプレートから局所的に光を発光する可動素子とを有するディスプレイパネルであって、前記光ガイドプレートは、前記可動素子に対向しこの可動素子と接触する接触面を有し、前記第２プレートは、前記可動素子に対向しこの可動素子と接触する接触面を有し、前記可動素子は、前記光ガイドプレートに対向しこの光ガイドプレートと接触する第１接触面及び前記第２プレートに対向しこの第２プレートと接触する第２接触面とを有する構成において、さらに前記可動素子の前記プレートへの付着を低減する手段で、前記光ガイドプレートの接触面において粗さＲ１を形成し、前記可動素子の第１接触面において粗さＲ２を形成し、前記粗さＲ１及びＲ２のうち少なくとも一方は５ｎｍを上回り、前記粗さＲ１及びＲ２は共に１００ｎｍを下回るような付着低減手段と、前記可動素子の各接触面を局所的にそれぞれ光ガイドプレートの接触面及び第２プレートの接触面に接触させるための電極と、を有するディスプレイパネルに関する。

上述の形態をとるディスプレイパネルについての記載は特許文献１に開示されている。
国際特許公開ＷＯ９９／２８８９０号

この従来のディスプレイパネルは、蛍光材料からなる光ガイドプレートを有し、このディスプレイパネルは動作中に光を生成し、この光をその内部に閉じ込める。そしてこの光ガイドプレートは光ガイドと、第２プレートと、この２つのプレートとの間に配置される可動素子を形成する。この光ガイドプレート、第２プレート及び可動素子の上に配置される電極に適正な電圧を印加することにより、この可動素子は局所的に光ガイドプレート及び第２プレート接触する。なお、この可動素子が光ガイドプレートに接触する箇所では動作中光ガイドプレートから光が発光し、可動素子の外へ拡散される。このように光ガイドプレートにおいて光が発光し、拡散される箇所は画素として知られている。そして各画素から光が発光されるか否かを規制することにより画像が表示される。

また付着ファン・デル・ワールス力を低減するために可動素子に対向する光ガイドプレートの接触面及び可動素子に対向する光ガイドプレートの接触面はそれぞれ粗さＲ１及びＲ２を有する。ここで粗さとは表面形状における許容段差範囲のことをいい、これは例えば原子間力顕微鏡などによって計測される。ここで粗さＲ１及びＲ２のうちの少なくとも一方が５ｎｍを上回ると、ファン・デル・ワールス力は著しく低減されうる。また、粗さＲ１及びＲ２のうちの少なくとも一方が１００ｎｍを上回ると、可動素子と光ガイドプレートとの間の光学接触が弱められ、よって光ガイドプレートからの光の発光は著しく低減する。さらに可動素子と光ガイドプレートとの間及び可動素子と第２プレートとの間には抗付着層が設けられる。これらの層は可動素子のプレートへの化学的付着力を弱める。

可動素子に対向する各プレート上に配置される電極は、可動素子上の共通電極からは１μｍ程度の膜厚を有する絶縁層によって分離される。これらの絶縁層は、可動素子上の共通電極との直接電気接触を回避するために光ガイドプレート及び第２プレートの電極上にそれぞれ配置される。この場合この絶縁層が各プレートの接触面を構成する。すなわち互いに対向する部材の接触面とは、それぞれの開放面に相当し、これらに層が覆われているか否かは関係なく、対向相手部材と直接接触可能な面に相当する。

この従来のディスプレイパネルにおいては、電極に電圧を印加することによって光ガイドプレートと可動素子との局所的接触を実現する際に比較的大量のエネルギーが要されるという欠点がある。よってこの従来のディスプレイパネルは動作中大量のエネルギーを必要とする。

したがって、本発明は、上述の形態を有するディスプレイパネルにおいて、動作に必要とされるエネルギー低減することを目的とする。

本発明の目的を達成するために、付着低減手段はさらに第２プレートの接触面において粗さＲ３を形成し、可動素子の第２接触面において粗さＲ４を形成し、粗さＲ１及びＲ２は共に粗さＲ３及びＲ４のうちの少なくとも一方を下回るように構成される。

本発明の開発者らは、可動素子に対向する第２プレートの接触面において粗さＲ３を形成し、第２プレートに対向する可動素子の第２接触面において粗さＲ４を形成することで、電極に電圧を印加することにより光ガイドプレートと可動素子との局所的接触を実現すために必要なエネルギーが低減することを把握した。また、粗さＲ３及びＲ４の一方が５ｎｍを上回ると、第２プレートと可動素子との間のファン・デル・ワールス力は著しく低減され、その結果ディスプレイパネルは光ガイドプレートと可動素子との間の局所的接触を比較的少量のエネルギーで実現することが可能になる。このファン・デル・ワールス力の要素だけを考慮した場合粗さＲ３及びＲ４を共に５ｎｍより大きく設定することに異論はない。しかし本発明の開発者らはさらにこの粗さＲ３及びＲ４が第２プレート及び可動素子との間の任意の電圧差でこの第２プレート及び可動素子との間の電気的引力を影響することを把握した。この電気的引力は第２プレート上の電極と可動素子上の共通電極との距離の二乗に対して反比例する。密接な表面接触により堅く接着している第２プレートと可動素子との間のこの電気的引力は比較的大きい。そして電圧差を取り除くことによってこの電気的引力を打ち消すことは事実上困難であることから、これら第２プレートと可動素子とを引き離すにはこの比較的大きな電気的引力を越えなければならない。ここで第２プレートと可動素子との間の距離を大きくした場合、第２プレートと可動素子とが密接表面接触によって堅く接着されることはない。というのは、この場合これらの接触面はその一方あるいは両方から突き出る突出部の先端で接触を実現するため、これらの面を引き離すことは容易にできる。可動素子が第２プレートに密着している場合、この接触を断つのに必要とされる可動素子の電極と光ガイドプレートの電極との間の電圧差は比較的大きい。したがって可動素子に対向する第２プレートの接触面において粗さＲ３を形成し、第２プレートに対向する可動素子の第２接触面において粗さＲ４を形成することにより、可動素子が第２プレートに接触する場合この接触を断つのに必要とされる可動素子と第２プレートとの間の電気的引力はより小さくて済む。この粗さＲ３及びＲ４のうちの一方が５ｎを下回り、他方が５ｎｍに等しい場合この電気的引力はまだ無視できない存在である。一方５ｎｍを上回る粗さはこの接触を断つのに必要とされるエネルギー量の削減を実現しうる。粗さＲ３及びＲ４の最大値は光ガイドプレートと第２プレートとの間の幅によって制限され、この幅は可動素子の厚さによって制限される。

可動素子が第２プレートに接触している場合において、可動素子と第２プレートとの電極にそれぞれ印加される電圧によって誘発する可動素子と第２プレートとの間の電気的引力が比較的小さいと、この接触を断つのに必要な可動素子と光ガイドプレートとの電極に印加される電圧によって誘発する電力は比較的小さくて済み、これは比較的変動に影響されず制御が容易である。

本発明の好適な一実施形態によると、粗さＲ３及びＲ４のうちの少なくとも一方は１００ｎｍを上回り、粗さＲ３及びＲ４は共に１０００ｎｍを下回る。

また、各プレートにおける可動素子に対向する面の上に設けられる電極は１μｍ程度の膜厚を有する絶縁層によって覆われ、この絶縁層がプレートの接触面に相当する。ここで粗さが１００ｎｍを下回る場合、絶縁層の膜厚に対してこの粗さが小さいため、超越すべき電力はほとんど低減されない。これよりも大きい粗さの場合、超越すべき電力は、確実に低減される。また粗さが１０００ｎｍを上回る場合、凡そ１〜２μｍの範囲にある可動素子の厚さによって低減する４μｍ程度であるプレート間の距離に対してこの粗さは無視できないものになる。

本発明のディスプレイパネルのまた別の好適な実施形態によると、粗さＲ２は粗さＲ１よりも大きく、粗さＲ４は粗さＲ３よりも大きく設定される。ここでは光ガイドプレート及び第２プレートはともに製造工程において実現がより簡単である平滑な接触面を有する。さらに光ガイドプレートの表面の平滑さが向上するにつれてその光誘導特性が改善される。

上記実施形態の変形例において、粗さＲ２は５〜１００ｎｍの範囲内の値をとり、粗さＲ４は１００〜１０００ｎｍの範囲内の値をとる。すなわち可動素子における粗さはそれぞれ上記範囲内にあることが好ましい。

また、好適な実施形態として、粗さＲ２及びＲ４の少なくとも一方が可動素子からの無機性突出により形成される。このような無機性突出は、可動素子がいずれかのプレートに接触する際、弾性及び／又は塑性変形の対象とはなりにくいため、弾性及び／又は塑性変形から誘発するファン・デル・ワールス力の出現を抑制することが可能である。特に、好ましくは空間を有する可動素子がガラス性非晶質層及び結晶質ポリマー層のグループから選択されるマトリックス層を有し、この空間の１〜２５％は直径２００〜４００ｎｍ内のＴｉＯ２粒子及びインジウム酸化スズ層によって占拠される。このマトリックス層は、ガラス性非晶状態、結晶状態、あるいは結晶質有機材料の剛性同様の剛性をポリマー材料において実現するためにガラス性非晶／結晶混合状態にすることが可能である。このマトリックス層は例えばパリレンや、ポリメタクリル酸メチル、フッ素重合体、ポリイミドなどから構成されうる。このような材料は塑性変形及び／又はクリープなどの影響を受けにくい。また、ある好適な実施形態によると、可動素子における光ガイドプレートに対向する表面は可動素子からＴｉＯ２粒子を若干突出させることにより形成され、その粗さは３０〜５０ｎｍの範囲内にあり、この可動素子における第２プレートに対向する表面の粗さは１００〜１０００ｎｍの範囲内にある。また、可動素子の厚さは例えば１〜２μｍ内でありうる。伝導インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）層は、可動素子に電圧を印加するために可動素子の表面全体に配置される共通電極に相当する。このＩＴＯ層は、光ガイドプレートと可動素子との間の接触面で放出される光の吸収を防止するために透明層とされる。このＩＴＯ層の膜厚は、好ましくは３０〜５０ｎｍ程度の範囲内にある。可動素子によって光ガイドから抽出される光はＴｉＯ２などの拡散部及び可動素子の両面それぞれの粗さによって拡散される。なお、０．０５μｍより小さい粒子は効率的に光を拡散することができない。また、１μｍより大きい粒子は、可動素子に適用する粒子としては大きすぎる。

また、本発明によるディスプレイパネルの一実施形態によると、このディスプレイパネルはディスプレイ装置の一部を構成する。さらにこのディスプレイ装置は表示される画像情報に応じて電極に電圧を印加するような選択手段を有する。

以下において添付図面を参照しながら上記本発明の実施形態及びその他の実施形態をより詳細に説明する。

なお、これらの図面は概略図であって、共通尺度を有するものではない。また、これらの図面における共通の構成部は共通の参照番号によって示される。

図１に示されるディスプレイパネル２１は、光ガイドプレート２、可動素子３、及び第２プレート４を有する。光ガイドプレート２及び第２プレート４における可動素子３に対向する各面にはそれぞれ電極５，６が配置される。また、ディスプレイパネル２１は、光ガイドプレート２に接続されるカバー素子７を有し、これにより空間８が形成される。ディスプレイパネル２１はさらに光源９を有する。光源９により生成される光は光ガイドプレート２において結合する。この光は光ガイドプレート２内を移動するが、この光はここでの内部反射により、図２に示されるような状態が起きない限り光ガイドプレート２外に出ることができない。図２は、可動素子３が局所的に光ガイドプレート２上に接触している状態を示す。この状態により、光の一部が可動素子３に侵入する。そしてこの可動素子３は、この光をディスプレイパネル２１外に拡散する。光は両面あるいは片面から発光することができる。好ましくは、可動素子３から光が出るようにするために、可動素子３はマトリックス層とも呼ばれるポリマーなどの材料からなる層を有し、この層には拡散部が設けられる。このような拡散部は、このマトリックス層の材料以外の材料からなる粒子によって形成されるか、あるいはマトリックス層におけるなど泡によっても形成されうる。可動素子３に侵入する光は拡散部によって拡散される。図２では、これが矢印によって示される。さらに図２は、可動素子に対向する光ガイドプレート２の接触面１４、光ガイドプレート２に対向する可動素子３の接触面１５、可動素子３に対向する第２プレート４の接触面１６、及び第２プレートに対向する可動素子３の接触面１７を示す。

図３では、可動素子３がスペーサ１２，１３によって光ガイドプレート２と第２プレート４との間に配置される。そして共通電極２５が可動素子３の一部を構成する。この共通電極２５は、光ガイドプレート２に対向する可動素子３の面に配置されるか、第２プレート４に対向する可動素子３の面に配置されるか、あるいは可動素子３と一体化されることも可能である。また、可動素子３の共通電極２５と電極５，６との直接電気接触を回避するために、電極５，６は、それぞれ絶縁層１０，１１によって覆われる。なお、共通電極２５が第２プレート４に対向する可動素子３の面に配置された場合は、光ガイドプレート２の絶縁層１０は必要とされない。電極５，６及び可動素子３の共通電極２５のそれぞれに適正な電圧を印加することにより、電力Ｆが生成され、この電力Ｆにより、可動素子３は光ガイドプレート２の電極５に押し寄せられる。電極５は透明であり、例えばＩＴＯなどから構成されうる。可動素子３と光ガイドプレート２との接触により、その接触箇所において光は光ガイドプレート２を出て、可動素子３に侵入する。可動素子３において、光は拡散され、透明電極５及び光ガイドプレート２を介してディスプレイパネル２１を出る。なお、可動素子３の光ガイドプレート２への付着を低減するために可動素子３に対向する光ガイドプレート２の接触面１４は粗さＲ１を有し、光ガイドプレート２に対向する可動素子３の接触面１５は粗さＲ２を有する。この粗さＲ１及びＲ２のうちの少なくとも一方は５ｎｍを上回り、この粗さＲ１及びＲ２はともに１００ｎｍを下回る。また、可動素子３に対向する第２プレート４の接触面１６における粗さＲ３及び第２プレート４に対向する可動素子３の接触面１７における粗さＲ４は、可動素子３の第２プレート４への付着を低減し、粗さＲ１、Ｒ２はともに粗さＲ３、Ｒ４の少なくとも一方よりも小さい値を有する。好ましくは、粗さＲ３、Ｒ４の少なくとも一方は、１００ｎｍを上回り、粗さＲ３、Ｒ４はともに１０００ｎｍを下回る。また、粗さＲ２が粗さＲ１よりも大きい値を有し、粗さＲ４が粗さＲ３よりも大きい値を有する場合、光ガイドプレート２及び第２プレート４はともに可動素子３に対向する平滑な接触面を有することが可能である。この構成は製造工程において実現がより簡単である。特に、可動素子３における光ガイドプレート２及び第２プレート４のそれぞれに対向する各接触面にはさらに好適な粗さ範囲が規定されていて、粗さＲ２は５〜１００ｎｍの範囲内にあり、粗さＲ４は１００〜１０００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。

図４はガラス性非晶質層のマトリックス層１８を示す。なお、このマトリックス層１８は結晶質ポリマー層などであってもよい。例えばこの層は、パリレン層、ポリメタクリル酸メチル層、フッ素重合体層、ポリイミド層などであってよい。また、ガラス性非晶質層又は結晶質ポリマー層の機械的特性と一致する特性を有する架橋重合体層を適用することも可能である。マトリックス層１８の膜厚は、好ましくは０．５〜３μｍの範囲内にあり、最適には１〜２μｍの範囲内にある。また、拡散粒子１９は無機性突出２４としても機能し、例えばＴｉＯ２、ＢＮ，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，Ａｌ２Ｏ３などから構成されうる。この拡散粒子１９の平均寸法は、好ましくは２００〜４００ｎｍの範囲内にある。また、この拡散粒子１９の密度は１〜５０％の範囲内にあり、さらに好ましくは１〜２５％の範囲内にある。また、マトリックス層１８と拡散粒子１９との屈折率の差は０．１より大きいことが好ましい。屈折率の差がこれより小さかった場合、拡散粒子１９の拡散率が極めて低くなる。好適な拡散率は、この屈折率の差が０．５より大きい場合に得られる。また、拡散粒子１９の好適な材料としては、無色であるＴｉＯ２，ＢＮ，Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。また、マトリックス層１８の屈折率は光ガイドプレート２の材料の屈折率に近い値であることが好ましく、これらの屈折率の差は好ましくは０．２未満程度である。この場合、光ガイドプレート２と可動素子３との間の接触面での反射が低減される。また、可動素子３に電圧を印加するために伝導インジウム酸化スズ層２０が設けられる。

図５はディスプレイパネル２１及び表示される画像情報に応じて電極５，６，２５に電圧を印加する選択手段２２を有するディスプレイ装置１を示す。

ディスプレイパネルの概略断面図である。ディスプレイパネルの一部の概略図である。ディスプレイパネルの一部の詳細を示す図である。可動素子の概略図であるディスプレイ装置の概略図である

Claims

光ガイドプレートと、前記光ガイドプレートに対向する第２プレートと、前記光ガイドプレートと前記第２プレートとの間に配置され前記光ガイドプレートから局所的に光を発光する可動素子とを有するディスプレイパネルであって、前記光ガイドプレートは、前記可動素子に対向し前記可動素子と接触する接触面を有し、前記第２プレートは、前記可動素子に対向し前記可動素子と接触する接触面を有し、前記可動素子は、前記光ガイドプレートに対向し前記光ガイドプレートと接触する第１接触面及び前記第２プレートに対向し前記第２プレートと接触する第２接触面とを有する構成において、さらに前記可動素子の前記プレートへの付着を低減する手段で、前記光ガイドプレートの接触面において粗さＲ１を形成し、前記可動素子の第１接触面において粗さＲ２を形成し、前記粗さＲ１及びＲ２のうち少なくとも一方は５ｎｍを上回り、前記粗さＲ１及びＲ２は共に１００ｎｍを下回るような付着低減手段と、前記可動素子の各接触面を局所的にそれぞれ光ガイドプレートの接触面及び第２プレートの接触面に接触させるための電極と、を有するディスプレイパネルにおいて、
前記付着低減手段は、さらに第２プレートの接触面において粗さＲ３を形成し、可動素子の第２接触面において粗さＲ４を形成し、
前記粗さＲ１及びＲ２は共に前記粗さＲ３及びＲ４のうちの少なくとも一方を下回ることを特徴とするディスプレイパネル。
前記粗さＲ３及びＲ４のうちの少なくとも一方は、１００ｎｍを上回り、前記粗さＲ３及びＲ４は共に１０００ｎｍを下回ることを特徴とする請求項１記載のディスプレイパネル。
前記粗さＲ２は前記粗さＲ１を上回り、前記粗さＲ４は前記粗さＲ３を上回ることを特徴とする請求項１記載のディスプレイパネル。
前記粗さＲ２は５〜１００ｎｍの範囲内にあり、前記粗さＲ４は１００〜１０００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３記載のディスプレイパネル。
前記粗さＲ２及びＲ４のうちの少なくとも一方は前記可動素子からの無機性突出によって形成されることを特徴とする請求項３記載のディスプレイパネル。
前記可動素子は、空間を有し、ガラス性非晶質層及び結晶質ポリマー層の集合の中から選択される層からなるマトリックス層を有し、
前記空間の１〜２５％は、直径が２００〜４００ｎｍの範囲内のＴｉＯ２粒子とインジウム酸化スズ層とによって占拠されることを特徴とする請求項５記載のディスプレイパネル。
請求項１記載のディスプレイパネルを有するディスプレイ装置。