JP2008151818A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低消費電力で高コントラスト，薄型，軽量，柔軟性がある表示装置を提供すること。
【解決手段】 表示装置の画素に有機アクチュエータを用い，アクチュエータ部の下に下地基板を設ける。例えば、アクチュエータ部表面を黒色とし、基板表面の色を白色とする。アクチュエータ部が平面状態のとき、アクチュエータ部表面を外部から見ると黒色に見え、アクチュエータ部が屈曲変形していると白色に見える。このようにして、色を変化させ、表示装置とする。さらに，有機材料の形状記憶効果とクーロン力を利用することでメモリー効果を持たせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は表示装置に関し，特に薄型軽量でフレキシブルな表示装置に関する。

近年，ユピキタスネットワーク化が進み，双方向の高度情報伝達ができる高性能な携帯型情報端末が必要とされている。このような携帯型情報端末の画像表示デバイスには，従来のように文字情報だけでなく，写真画像や動画が鮮明に表示できることはもちろん，「持ち運びが容易なように薄型で軽量であること」，「持ち運びの際に衝撃を受けても破損しにくいような柔軟性を持つこと」，「電池で動作させるため低消費電力であること」なども必要とされる。また，地上波デジタル放送が開始されたことにより需要の増加が予想される電車やバス，自動車などの車両内で動画放送を放映するための画像表示デバイスにも，
省スペースで設置できるよう薄型で，壁面に沿った曲面実装ができる柔軟性をもつものが望ましい。

従来，このような薄型の画像表示デバイスには主に液晶ディスプレイが使用されてきた。しかし，その多くは基板にガラスを使用しているため，重く，柔軟性に欠けていた。そのため，衝撃により破損しやすく，曲面実装も困難であった。

このような従来のデバイスの欠点を克服するため，新規の薄型の画像表示デバイスとして有機ELや微粒子の電気泳動などを利用した電子ペーパが研究されている。

加藤美登里、石橋雅義：炭素微粒子混合コンポジット材料を用いた伸縮型高分子アクチュエータ(II)：２００５年第23回日本ロボット学会学術講演会、１Ａ３２

有機ELや微粒子の電気泳動などを利用した電子ペーパは，基板として軽く柔軟性を持つ樹脂基板を使用可能であるため，従来のガラス基板を用いた電子ペーパと比べ，薄型軽量化が可能で，柔軟性を持たせることもできる。しかし，このような特性に加え，低消費電力化と画像をクリアーに表示するための高コントラストを兼ね備えることは難しい。

本発明は，低消費電力で高コントラスト，薄型，軽量，柔軟性がある表示装置を提供することにある。

本発明の要旨は例えば、次の通りである。

その表面が平面状の基板と、
前記基板の表面に設けられ、かつ、その表面が平面状である第１の電極と、
前記第１の電極に電圧を印加するための第１の電源を有する第１の制御部と、
前記第１の電極上に設けられ、かつ、その一端側が前記基板上に固定された自己発熱型有機アクチュエータとを有し、
前記アクチュエータは板状の導電性有機材料部材を有し、かつ、前記有機材料部材に電力を供給するための一対の第２の電極が前記有機材料部材上に設けられ、
前記一対の第２の電極に電圧を印加するための第２の電源を有する第２の制御部とを有し、
(a)次いで前記アクチュエータは、初期状態において、前記一端部で固定された部分のその他の部分が前記一端部を支点として屈曲していると仮定すると、
(b)前記一対の第２の電極に電圧を印加し、かつ、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより屈曲状態から平面の状態に変形し、
(c)次いで前記一対の第２の電極への電圧を非印加とし、かつ、前記第１の電極には電圧を印加する状態とすることにより平面の状態を維持し、
(d)次いで前記一対の第２の電極への電圧を非印加とし、かつ、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより平面の状態を引き続き維持し、
(e) 次いで前記一対の第２の電極への電圧を印加とし、かつ、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより平面状態の状態を引き続き維持し、
（ｆ）次いで前記一対の第２の電極への電圧および、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより平面状態から屈曲状態に変形し、
前記アクチュエータは、前記(b)乃至(ｆ)の操作を繰り返すことにより平面状態と屈曲状態の２つの状態をとり得るものであることを特徴とする表示装置。

本発明ではこのような課題を解決するため，表示装置の画素に有機アクチュエータを使用する。

有機アクチュエータとは電気信号で形状が変形する有機材料からなるアクチュエータである。有機アクチュエータは，有機材料を使用するため，軽量で柔軟性を持つが，本発明では特に非特許文献１に記載の熱膨張を利用した自己発熱型の有機アクチュエータを使用する。

熱膨張を利用した自己発熱型の有機アクチュエータとは，高熱膨張率の導電性有機材料からなるアクチュエータである。その動作原理は，アクチュエータ材料に電流を流すことで，ジュール熱により発熱し，その熱による材料の形状変化を利用している。すなわち，アクチュエータに電流を流すとアクチュエータは伸長し，電流の供給を止めるとアクチュエータはもとの形状に戻る。このように自己発熱型有機アクチュエータは本質的には伸縮型アクチュエータである。しかし，自己発熱型有機アクチュエータは，低熱膨張率材料と多層構造にすることで容易にユニモルフ型の屈曲型アクチュエータにすることができる。すなわち，電気信号によりアクチュエータ形状を平面状から曲面状，あるいは曲面状から平面状に任意に変形させるアクチュエータにすることができる。

本発明では，この自己発熱型の有機アクチュエータを表示装置の画素に使用する。

有機アクチュエータを用いた画素の動作原理について以下に述べる。白色の下地基板上に，表面が黒色の屈曲型有機アクチュエータを配置する。これを上部から見ると，アクチュエータが屈曲していない（アクチュエータが平面の状態である）時は黒色だが，アクチュエータが屈曲するとアクチュエータ部がめくれて基板の白色が見える。すなわち，上部から見ると，アクチュエータの形状により色が異なって見える。このようにしてアクチュエータ部分の色を変化させることで，反射型表示装置の画素とする。

自己発熱型有機アクチュエータを用いたユニモルフ屈曲型アクチュエータは，360度以上の回転角を持つ屈曲が可能なため，屈曲した時に見える基板の面積が大きい。このことは，高開口率による高コントラストの表示が可能なことを意味している。

さらに，本発明ではアクチュエータを構成する有機材料の形状記憶効果を利用することで，画素に低消費電力化に必要なメモリー効果を持たせる。

有機材料の形状記憶効果とは次のような効果である。有機材料に熱を加えた（高温の）状態で力をかけて変形させ，力をかけた状態で温度を下げる。すると，温度が下がった後，力を取り除いても，変形は維持される。さらに，変形した状態で，力をかけずに温度を上げると，形状はもとに戻る。このような現象を有機材料の形状記憶効果という。

このような有機材料の形状記憶効果を利用して，以下のようにして有機アクチュエータをメモリー効果を有する画素として使用する。

画素の構成は，以下のようにする。表面が黒色の屈曲型有機アクチュエータの下に下地として表面が白色の電極（下部電極）を設置する。この際，アクチュエータは電流を流す前の形状が屈曲した状態(曲面)で，電流を流すとまっすぐ(平面)になるものを使用する。すなわち，上部から見ると，電流を流していない状態では下地が見えるため白色，電気信号を流すと下地が隠れアクチュエータが見えるため黒色に見える。

このアクチュエータによる画素の動作を表1を使用して説明する。はじめに，アクチュエータ，下部電極ともに電気信号を与える前の状態では，上部から見るとアクチュエータは屈曲した曲面状であるため画素は白色に見える（状態Ａ）。次に，アクチュエータのみに電気信号（電流）を与えるとアクチュエータ形状は曲面状から平面状に変化し，上部から見ると画素は黒色に見える（状態Ｂ）。次に，アクチュエータに電気信号を与えた状態でアクチュエータと下部電極に電気信号（電圧）を加えると，下部電極とアクチュエータの間にクーロン引力がかかる（状態Ｃ）。この状態では，アクチュエータはクーロン力により下部電極にひきつけられ，高温でかつアクチュエータの形状を平面状に保持するための力がかかっている。次に，アクチュエータと下部電極の間は電気信号を与えたまま，アクチュエータ内の電気信号をきる（状態Ｄ）。すると，クーロン力によりアクチュエータの形状は平面状に保持されたまま，アクチュエータの温度は下がる。次に，アクチュエータの温度が下がった後，下部電極の電圧を切る（状態Ｅ）。すると，有機材料の形状記憶効果により形状は保持される。すなわち，アクチュエータ，下部電極ともに電気信号を与えていない状態で上部から見て黒色に見える状態に保持できる。さらに，下部電極に電圧を印加せずに，アクチュエータ内に電流を流した（状態Ｆ）後，アクチュエータ内の電流を切るとアクチュエータは元の曲面形状に戻る（状態Ｇ）。すなわち，状態Ａの状態に戻る。このように，電気信号をかけていない状態で黒と白の2種類の状態を選択的に保持することができる。すなわち，画素にメモリー効果を持たせることができる。

このような有機アクチュエータを用いた画素をマトリクス状に並べることにより表示装置とすることができる。

もちろん，このような画素を用いた表示装置はスタティック駆動だけでなく，各画素にダイオードやトランジスタを接続した構造にすることにより，ダイナミック駆動が可能な表示装置にすることができる。

本発明で使用する自己発熱型有機アクチュエータは，軽量で薄膜化が容易である。また，大気中で動作するため，溶液の密封などのプロセスが必要なく，印刷製法で作製できるため，薄くて軽量の表示装置を容易に作製することができる。

本発明によれば、従来に比べて簡易な表示装置の提供が可能である。
本発明の実施例によると，薄型，軽量，柔軟性があり，画像が鮮明で低消費電力の表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
（実施例１）
本実施例では，本発明の表示装置の画素部分について説明する。
図１は本発明の表示装置の画素部分の構成と動作方法を示す模式図である。画素１はアクチュエータ電極２，３が表面に接合された屈曲型有機アクチュエータ４と，表面に下部電極５が設置された基板６で構成される。屈曲型有機アクチュエータ４は，有機アクチュエータ膜７と絶縁膜８の二層構造からなり，屈曲型有機アクチュエータ４の左端の端部は基板６に固定されている。有機アクチュエータ膜７は自己発熱型有機アクチュエータ，絶縁膜８は絶縁性があり，耐熱性が高く，熱膨張率が低い材料を用いている。本実施例では自己発熱型有機アクチュエータとして，炭素微粒子とポリエステルからなるコンポジット膜，絶縁膜８はポリイミド膜を使用するが，自己発熱型有機アクチュエータとして炭素微粒子の代わりに銀微粒子などの金属微粒子を，ポリエステルの代わりにアクリル樹脂，エポキシ樹脂，フッ素系樹脂などを使用することもできる。絶縁膜もポリイミドのほかアラミド樹脂など低熱膨張率の樹脂を使うことができる。下部電極５は，屈曲型有機アクチュエータ４の下部に配置され，屈曲型有機アクチュエータ４が平らな形状になったときに，屈曲型有機アクチュエータ４により覆い隠される形状とする。有機アクチュエータ膜７と下部電極５の色はそれぞれ黒色と白色とする。アクチュエータ電極２，３は，それぞれアクチュエータ動作制御部９およびグランドに接続されている。アクチュエータ動作制御部９は電源とスイッチを含む。下部電極５は電源とスイッチを含むアクチュエータ形状保持制御部１０に接続されている。屈曲型有機アクチュエータ４は電流を流さない状態で屈曲し，電流を流すと平らになるユニモルフ型の屈曲型有機アクチュエータを使用する。

画素１は次のように動作させる。画素１に電気信号を与える前，すなわち，アクチュエータ動作制御部９内のスイッチおよびアクチュエータ形状保持制御部１０内のスイッチがオフの状態では，屈曲型有機アクチュエータ４は，図１(Ａ)のように屈曲している。そのため，画素１は上部から見ると，下部電極５の白色に見える。

アクチュエータ形状保持制御部１０内のスイッチはオフのまま，アクチュエータ動作制御部９内のスイッチをオンにすると，屈曲型有機アクチュエータ４はジュール熱により加熱され，図１(Ｂ)のように平らな形状になる。そのため，画素１は上部から見ると，下部電極５は隠れ，有機アクチュエータ膜７の黒色に見える。

次に，アクチュエータ形状保持制御部１０内のスイッチをオンにすると，屈曲型有機アクチュエータ４と下部電極５が引き合う方向にクーロン力が働く（図１(Ｃ)）。

次に，アクチュエータ動作制御部９内のスイッチをオフにすると，屈曲型有機アクチュエータ４の温度は自然冷却で下がり，形状をもとの屈曲形状に戻ろうとする。しかしこのとき，屈曲型有機アクチュエータ４はクーロン力により下部電極５に密着するように形状が固定されているため，形状は元の屈曲形状に戻らず，平らの状態が保持される（図１(Ｄ)）。

さらに，アクチュエータ形状保持制御部１０内のスイッチをオフにすると，クーロン力が消えても，有機材用の形状記憶効果で形状は元の屈曲形状に戻らず，下部電極５に密着している平面状の形状が保持される（図１(Ｅ)）。すなわち，図１(Ａ)と同じように画素１に電気信号を与えない状態でも，図１(Ａ)と異なり上部から見ると画素１は黒色に見える。このようにしてメモリー効果を実現できる。

最後に，図１(Ｆ)のようにアクチュエータ動作制御部９内のスイッチを一度オンにした後にアクチュエータ動作制御部９内のスイッチをオフにすると，有機材料の形状記憶効果で屈曲型有機アクチュエータ４は図１(Ａ)のようにもとの形状に戻る。

次に，画素１の屈曲型有機アクチュエータ４の屈曲形状と画素１の色について説明する。ここではアクチュエータが屈曲した際の屈曲の大きさとして回転角を用いて表す。本実施例で述べる回転角を図２に図示する。図２は本実施例の屈曲型有機アクチュエータの回転角を説明するための模式図である。屈曲形状が図２の状態では回転角は２７０度，半円状の場合は回転角は１８０度，平らの場合は回転角は０度である。

屈曲型有機アクチュエータ４の裏面，すなわち絶縁膜８を下部電極５の色と同色の白色にすると，屈曲型有機アクチュエータ４が回転角が１８０度になるように屈曲した時，屈曲型有機アクチュエータ４の表面の黒色が見えなくなり，画素１全体が白色に見える。回転角１８０度以上にすると，図１に示した画素１の左側部分も隠すことができる。実際の画層表示素子では画素を配線でつなぐ必要がある。配線部分を図１の画素１の左側に相当する場所に配置すれば，配線部分も隠すことができる。長さ１ｍｍの屈曲型有機アクチュエータ４の回転角と図１の画素１の左側に相当する部分を隠せる量の関係を図３に示す。図３より回転角約２６０度の時，最も多く隠すことができることがわかる。２６０度の回転角を得るための屈曲型有機アクチュエータ４の長さと膜厚の関係を図４に示す。図４はヤング率，厚さとにも同じ有機アクチュエータ膜７と絶縁膜８を使用し，有機アクチュエータ膜７を２％伸長させた場合の結果である。図４より，例えば画素１の長さを1ｍｍにしたい場合，屈曲型有機アクチュエータ４の膜厚は約６．６マイクロメートルとすればよいことがわかる。

また，屈曲型有機アクチュエータ４の回転角を０度から２６０度まで連続的に変化させることにより，画素１は白黒のニ値表示だけでなく階調のあるグレーを表示できる。回転角は，有機アクチュエータ膜７に与える電流量を変えて伸縮率を変化させることで制御することができる。図５は膜厚６マイクロメートル，長さ１ｍｍの屈曲型有機アクチュエータ４を用いた場合の有機アクチュエータ膜７の伸縮率と回転角の関係である。有機アクチュエータ膜７の伸縮率を０から約１．８％まで変化させると，回転角を０から約２６０度まで変えることができる。

本実施例では屈曲型有機アクチュエータの表面を黒色，下部電極の表面を白色としたが，必要に応じて塗装することで，任意の色にすることができる。また，白黒表示の画素にカラーフィルターをかけることでカラー表示をさせることもできる。

次に，クーロン力による屈曲型有機アクチュエータ１の形状保持能力について説明する。
膜厚がそれぞれ３マイクロメートルの有機アクチュエータ膜７と絶縁膜８からなるサイズが１ｍｍ × １ｍｍの屈曲型有機アクチュエータ４の場合，形状を下部電極５に密着した平らの状態から，屈曲しないように保持させるために必要な力は０．０４グラム重以下である。そのため，３０ボルト程度の電圧を下部電極５に印加すると，十分に形状を保持するために必要なクーロン力を発生させることができる。

図６は本発明の表示装置の別の形状の画素部分を示す模式図である。図６(Ａ)は画素の屈曲型有機アクチュエータが平らな状態，図６(Ｂ)は屈曲した状態を示している。画素１１は，図１の画素１と同様に屈曲型有機アクチュエータ１２と，屈曲型有機アクチュエータ１２の表面に接合されたアクチュエータ電極１３，１４および，屈曲型有機アクチュエータ１２の下部に配置された表面が白色の下部電極１５で構成される。画素１１と図１の画素１との違いは，屈曲型有機アクチュエータ１２の形状が短冊状ではなくコの字型であるところにある。そのため，アクチュエータ電極１３，１４が屈曲面に無いため，屈曲動作によるアクチュエータ電極１３，１４の劣化が少ない。

図７は本発明の表示装置の別の形状の画素部分を示す模式図である。図７(Ａ)は画素の屈曲型有機アクチュエータが平らな状態，図７(Ｂ)は屈曲した状態を示している。図１の画素１１との違いは，屈曲型有機アクチュエータ１の先端部分に非伸縮領域１６を設けたところにある。非伸縮領域１６は有機アクチュエータ膜７が無く，絶縁膜８のみからなる。しかし，非伸縮領域１６の表の面は有機アクチュエータ膜２と同じ黒色とする。図７の画素は，屈曲型有機アクチュエータ４が回転した際，小さな回転角で，広い領域を隠すことができるといった特徴がある。
（実施例２）
本実施例では，図１で説明した画素１をマトリクス状に並べた構造の本発明のドットマトリクス型表示装置の一つの形態について説明する。

図８は本発明の表示装置の一つの形態の構成を示す概念模式図である。図８(Ａ)は表示面から見た模式平面図，図８(Ｂ)は表示面の裏面から見た模式平面図である。表示装置２０は各画素２１，基板２２，制御装置２３からなる。各画素２１は実施例１の図１の画素１と同様の構造，すなわちアクチュエータ電極２４，２５が接合された屈曲型アクチュエータ２６と下部電極２７からなる。下部電極２７は基板２２上の表示面に配置されているが，屈曲型有機アクチュエータ２８の下に隠れているため図８(Ａ)には表示されていない。表示面の裏面から見た図８(Ｂ)では下部電極２７は見えないが，説明のため点線で図示している。基板２２の表示面の裏面にはアクチュエータ電極２４，２５，および下部電極２７と制御装置２３を接続するためのアクチュエータ動作制御用配線２８，２９，およびアクチュエータ形状保持用配線３０がある。制御装置２３は画素内の屈曲型有機アクチュエータの動作および形状を保持するための制御装置であり，各画素に対し，実施例１の図１のアクチュエータ動作用制御部９およびアクチュエータ形状保持制御部１０に相当する部分と，表示したい画像データに基づいて各画素のオン、オフを制御する部分が含まれている。

図８は説明のため画素数を３行３列の９個に限定して描いているが，これは構造を模式的に表すものであり，任意の数の画素数を配置することができる。

画像を表示するには，スタティック駆動の液晶ディスプレイや発光ダイオード（ＬＥＤ）ドットマトリクス表示器のように，表示したい画像情報に基づき，画像データを制御装置に入力し，制御装置２３より各画素２１の色を決定し，それぞれの色になるように各画素２１に各アクチュエータデータ用配線２４，２５から電流信号を与えることで実現できる。二値の画像を表示する際は，実施例１の図１で説明した手順でアクチュエータデータ用配線２４，２５とアクチュエータ形状保持用配線２６に電気信号を与えることにより，メモリー効果が使用できる。そのため，一度画像を表示した後は，画素データが変化するまで電力を消費することなく表示し続けることができる。

つぎに，本実施例のドットマトリクス型表示装置の作製方法について図９を用いて説明する。
図９(Ａ)から図９(Ｇ)は本発明の表示装置の作製方法を示す概念模式平面図である。はじめに，通常の両面フレキシブルプリント配線板の作製法を用いて，基板２２上の一方の面（表面）に四角形の下部電極２７を，もう一方の面（裏面）にアクチュエータ動作制御用配線２８，２９，およびアクチュエータ形状保持用配線３０を作製する（図９(Ａ１)，図９(Ａ２)）。図９(Ａ１)は表面を図９(Ａ２)は裏面を示す。ここでは通常の両面フレキシブルプリント配線板と同様に基板２２にはポリイミドフィルムを使用し，下部電極２７，アクチュエータ動作制御用配線２８，２９，およびアクチュエータ形状保持用配線３０には銅を使用している。裏面のアクチュエータ動作制御用配線２８，２９，およびアクチュエータ形状保持用配線３０の先端はスルーホール３１，３２，３３により表面と電気的に接触している。下部電極２７はスルーホール３３を通してアクチュエータ形状保持用配線３０と接合されている。アクチュエータ動作制御用配線２８，２９のスルーホール３１，３２は下部電極２７近傍に位置している。

次に，作製した基板の表面を白色に印刷塗装する（図９(Ｂ)）。このとき，スルーホール３１，３２の表面に露出した部分は塗装しない。そのため，スルーホール３１，３２の表面は導電性が維持される。

次に，基板２２の表面に下部電極２７がすべて隠れるように水溶性のポリビニルアルコールの犠牲層パターン３４を印刷する（図９(Ｃ)）。その際，スルーホール３１，３２近傍の辺では，下部電極２７と犠牲層パターン３４の辺が一致するように印刷する。

次に，基板２２の表面の犠牲層パターン３４上に，白色になるように顔料を混合したポリイミドインクを用い，絶縁層３５を印刷する（図９(Ｄ)）。絶縁層３５はスルーホール３１，３２近傍では一部，白色に塗装した基板２２上に接触しているが，それ以外は犠牲層パターン３４上に下部電極２７を丁度隠すような位置に印刷する。

次にアクチュエータインクを用い，アクチュエータ膜３６を絶縁層３５と正確に重なるように印刷する（図９(Ｅ)）。アクチュエータインクとは，熱膨張を利用した自己発熱型の有機アクチュエータ材料を有機溶媒に溶解させてインク化したもので，ここでは，炭素微粒子とポリエステルをトルエン系のシンナーで溶解したインクを使用する。

次に，導電性インクを用いてアクチュエータ電極２４，２５をアクチュエータ膜３６上に印刷する（図９(Ｆ)）。アクチュエータ電極２４，２５はアクチュエータ膜上だけでなく，それぞれスルーホール３１，３２に接触するように印刷する。

最後に，全体を水に入れ，犠牲層パターン３４を溶かすと，屈曲型有機アクチュエータ２８は，基板２２上に接触している部分を除き，基板２２から剥離する。その際，アクチュエータインクの溶媒が蒸発することに伴い発生するアクチュエータ膜３６の内部応力により，絶縁層２５とアクチュエータ膜２６からなる屈曲型有機アクチュエータ２８は屈曲する（図９(Ｇ)）。

本実施例では，犠牲層の上に屈曲型有機アクチュエータを作製し，犠牲層を溶かすことで屈曲型有機アクチュエータの屈曲可動な部分を作製したが，基板と屈曲型有機アクチュエータを別々に作製し，最後に貼り合せて作製することもできる。

また，本実施例では反射型表示素子について述べたが，基板２２の材質をポリイミドではなく，ポリカーボネートやポリエチレンなど透明な材質のものを使用し，下部電極材料も銅ではなくＩＴＯ等の透明電極材料を使用して，背面から光を透過させることにより，透過型表示素子として使用することができる。
（実施例３）
本実施例では，図１で説明した画素１１をマトリクス状に並べた構造の本発明のドットマトリクス型表示装置の一つの形態について説明する。

図１０は本発明の表示装置の一つの形態の構成を示す概念模式図である。図１０(Ａ)は表示面から見た模式平面図，図１０(Ｂ)は表示面の裏面から見た模式平面図，図１０(Ｃ)は本実施例で説明する表示装置の等価回路である。下部電極とアクチュエータ膜で，実質上コンデンサーが形成されるため，図１０(Ｃ)ではこの部分をコンデンサーで表示した。

表示装置４０は各画素４１，基板４２，各ダイオード４３，スキャン制御装置４４，データ制御装置４５からなる。各画素４１は実施例２と同様，アクチュエータ電極４６，４７が接合された屈曲型アクチュエータ４８と下部電極４９からなる。下部電極４９は基板４２上の表示面に配置されているが，屈曲型有機アクチュエータ４８の下に隠れているため図１０(Ａ)には表示されていない。表示面の裏面から見た図１０(Ｂ)では下部電極４９は見えないが，説明のため点線で図示している。基板４２の表示面の裏面にはスキャン用配線５０，アクチュエータデータ用配線５１，アクチュエータ形状保持用配線５２がある。各画素４１の各アクチュエータ電極４６はすべて，アクチュエータデータ用配線５１に接続されている。各画素４１の各アクチュエータ電極４７は各ダイオード４３の一端に接続されている。各ダイオード４３の他端はすべて，スキャン用配線５０に接続されている。各画素４１の各下部電極４９はすべて，アクチュエータ形状保持用配線５２に接続されている。スキャン用配線５０はスキャン制御装置４４に，アクチュエータデータ用配線５１とアクチュエータ形状保持用配線５２はデータ制御装置４５に接続されている。スキャン用配線５０とアクチュエータデータ用配線５１，アクチュエータ形状保持用配線５２の各交点には絶縁膜が挿入され，電気的な接触を避けている。

図１０は説明のため画素数を３行３列の９個に限定して描いているが，これは構造を模式的に表すものであり，任意の数の画素数を配置することができる。

画像を表示するには，ダイナミック駆動の液晶ディスプレイやＬＥＤドットマトリクス表示器のように，スキャン制御装置４４とデータ制御装置４５でタイミングを合わせながら画素に信号を与える。すなわち，スキャン制御装置４４により１列目のスキャン用配線５０をアクティブにするのと同時に，表示したい画像情報に基づき，色を反転したい画素のアクチュエータデータ用配線５１をデータ制御装置４５で設定し，電流信号を与える。すると，各画素４１に直列に接続された各ダイオード４３により電流のパスが制限され，１列目の設定された画素の色だけが反転する。同様に，次の行をアクティブにし，データを設定することを続けることにより，画像を表示することができる。二値の画像を表示する際は，実施例１の図１で説明した手順でアクチュエータデータ用配線５１とアクチュエータ形状保持用配線５２に電気信号を与えることにより，メモリー効果が使用できるため，一度画像を表示した後は，画素データが変化するまで電力を消費することなく表示し続けることができる。

本発明の表示装置では液晶や発光ダイオードによる表示装置と違い，電気的には画素は抵抗と等価であるため，画素には極性に関係なく直流電流が流れる。そのため，画素に直列にダイオードを接続しないと，アクチュエータデータ用配線で指定した画素以外の画素にも僅かに電流が流れ，クロストークが生じる。本実施例では画素に直列にダイオードを接続したが，アクティブ制御の液晶表示装置のようにトランジスタを接続することもできる。

本実施例のドットマトリクス型表示装置は，実施例２の図９を用いて説明した表示装置２０の作製方法と同様の方法で作製することができる。表示装置２０と表示装置４０の作製上の大きな違いは，表示装置４０には基板４２にダイオード４３が実装されているところにある。ダイオード４３は通常のＭＩＭ液晶表示装置やＴＦＤ液晶表示装置と同様に，真空蒸着で基板４２の必要な場所に金属，絶縁体，金属の順で積層することで作製することができる。また，有機材料を用いた塗布ダイオードを用いることもできる。さらに，画素が大きい場合は，チップダイオード素子を外付けで取り付けることも可能である。

実施例１の表示装置の画素部分の構成と動作方法を示す模式図。 実施例１の屈曲型有機アクチュエータの回転角を説明するための模式図。 長さ１ｍｍの屈曲型有機アクチュエータ４の回転角と図１の画素１の左側に相当する部分を隠せる量の関係を示すグラフ。 ２６０度の回転角を得るための屈曲型有機アクチュエータ４の長さと膜厚の関係を示すグラフ。 膜厚６マイクロメートル，長さ１ｍｍの屈曲型有機アクチュエータ４を用いた場合の有機アクチュエータ膜７の伸縮率と回転角の関係を示すグラフ。 実施例１の画素の屈曲型有機アクチュエータを示す模式図。 実施例１の画素の屈曲型有機アクチュエータを示す模式図。 実施例２の表示装置の構成を示す概念模式図で，表示面から見た模式平面図。 実施例２の表示装置の作製方法を示す概念模式平面図。 実施例３の表示装置の構成を示す概念模式図。

符号の説明

１…画素，２…アクチュエータ電極，３…アクチュエータ電極，４…屈曲型有機アクチュエータ，５…下部電極，６…基板，７…有機アクチュエータ膜，８…絶縁膜，９…アクチュエータ動作制御部，１０…アクチュエータ形状保持制御部，１１…画素，１２…屈曲型有機アクチュエータ，１３…アクチュエータ電極，１４…アクチュエータ電極，１５…下部電極，１６…非伸縮領域，２０…表示装置，２１…画素，２２…基板，２３…制御装置，２４…アクチュエータ電極，２５…アクチュエータ電極，２６…屈曲型アクチュエータ，２７…下部電極，２８…アクチュエータ動作制御用配線，２９…アクチュエータ動作制御用配線，３０…アクチュエータ形状保持用配線，３１…スルーホール，３２…スルーホール，３３…スルーホール，３４…犠牲層パターン，３５…絶縁層，３６…アクチュエータ膜，４０…表示装置，４１…画素，４２…基板，４３…ダイオード，４４…スキャン制御装置，４５…データ制御装置，４６…アクチュエータ電極，４７…アクチュエータ電極，４８…屈曲型有機アクチュエータ，４９…下部電極，５０…スキャン用配線，５１…アクチュエータデータ用配線，５２…アクチュエータ形状保持用配線。

Claims (12)

1. その表面が平面状の基板と、
   前記基板の表面に設けられ、かつ、その表面が平面状である第１の電極と、
   前記第１の電極に電圧を印加するための第１の電源を有する第１の制御部と、
   前記第１の電極上に設けられ、かつ、その一端側が前記基板上に固定された自己発熱型有機アクチュエータとを有し、
   前記アクチュエータは板状の導電性有機材料部材を有し、かつ、前記有機材料部材に電力を供給するための一対の第２の電極が前記有機材料部材上に設けられ、
   前記一対の第２の電極に電圧を印加するための第２の電源を有する第２の制御部とを有し、
   (a)次いで前記アクチュエータは、初期状態において、前記一端部で固定された部分のその他の部分が前記一端部を支点として屈曲していると仮定すると、
   (b)前記一対の第２の電極に電圧を印加し、かつ、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより屈曲状態から平面の状態に変形し、
   (c)次いで前記一対の第２の電極への電圧を非印加とし、かつ、前記第１の電極には電圧を印加する状態とすることにより平面の状態を維持し、
   (d)次いで前記一対の第２の電極への電圧を非印加とし、かつ、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより平面の状態を引き続き維持し、
   (e) 次いで前記一対の第２の電極への電圧を印加とし、かつ、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより平面の状態を引き続き維持し、
   （ｆ）次いで前記一対の第２の電極への電圧および、前記第１の電極には電圧を非印加する状態とすることにより平面状態から屈曲状態に変形し、
   前記アクチュエータは、前記(b)乃至(ｆ)の操作を繰り返すことにより平面状態と屈曲状態の２つの状態をとり得るものであることを特徴とする表示装置。
2. 前記有機材料部材が平面となっている状態において、外部から見える側の第1の面の色を第1の色とし、前記第1の面と反対側の第2の面の色を第2の色とすると、前記第1の色と前記第2の色とは異なる色であり、
   前記第1の電極の前記第1の面の部分の色が前記第2の色と実質的に同じ色であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 基板上の前記第1の電極、前記アクチュエータおよび前記第２の電極を有する対がマトリクス状に設けられ、個々のアクチュエータに接続された第１及び第２の電極に印加または非印加とする電圧を個別に制御することにより、前記個々のアクチュエータの変形動作を個別に制御することにより、ドットマトリクス状の表示を行うことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記アクチュエータの平面形状は、長方形または正方形であって、かつ、短冊状であり、
   前記アクチュエータの一端側は前記基板上で固定され、他の部分は自由な状態となっていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
5. 前記一対の第２の電極はそれぞれ、前記アクチュエータの屈曲方向に沿って、かつ、平行に前記アクチュエータ前記有機材料部材上に設けられていることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
6. 前記アクチュエータの平面形状は、長方形または正方形であって、かつ、コの字状であり、
   前記アクチュエータの前記コの字状の両端部は前記基板上で固定され、他の部分は自由な状態となっていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
7. 前記一対の第２の電極の一方は前記両端部の一方の上に設けられ、前記一対の第２の電極の他方は前記両端部の他方の上に設けられていることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
8. 前記有機材料部材が屈曲した時に伸びる側の面の側には第２の部材が固定され、前記有機材料部材の長手方向の長さよりも前記第２の部材の長手方向の長さの方が長く、前記有機材料部材および前記第２の部材のそれぞれ一端側は前記基板上で固定されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
9. 前記アクチュエータに与える電流量を変えることによりアクチュエータの伸縮量を変化させ、アクチュエータの屈曲による回転角を制御し、画素としての個々のアクチュエータの階調を制御することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
10. 前記第１の色と第２の色は、白と黒又は黒と白の対であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
11. 前記アクチュエータの伸縮動作および前記アクチュエータの下地の少なくとも一部の露出又は非露出を利用して画素とし、
    前記第１の電極、前記第２の電極への配線及び共通のグランド線の計３個の配線が複数個の前記画素の各々に接続され、
    前記第１および第２の制御部の少なくとも一方には、画面表示するデータに基づき信号をスキャンするスキャン部と前記アクチュエータの形状を制御するデータ部とを有し、
    前記画素のうちの複数個の前記屈曲型アクチュエータに信号を与えるための配線が直列に接続され前記データ部に接続され，前記画素のうちの複数個の前記第１の電極に信号を与えるための配線が直列に接続され前記データ部に接続され，前記画素のうちの複数個の前記共通のグランド線が直列に接続されスキャン部に接続されていることを特徴とした請求項1記載の表示装置。
12. 各前記画素にダイオードを直列に接続したことを特徴とした請求項１３記載の表示装置。

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