JP3392572B2

JP3392572B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP3392572B2
Application number: JP5688595A
Authority: JP
Inventors: 淳菅原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH08254962A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている表示装置にはＣＲ
Ｔ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレ
イなどがあるが、近年これらに代わる表示装置として気
泡を用いた表示装置が提案されている。

【０００３】この気泡を用いた表示装置は例えば特開平
４−６６９９１号、特開平４−１６６８８５号、特開平
５−１２７６０３号、特開平５−１２７６０４号、特開
平５１５８４１６号などに開示されている。

【０００４】これらのうち特開平４−１６６８８５号の
表示装置を図１９に示す。図１９（ａ）は表示装置の断
面図である。１は内部に透明液体２を充填した密閉状の
透明なガラス容器であり、ガラス容器１の底板３の上に
は表示素子となる発熱抵抗体４が２次元マトリックス状
に多数配設されている。おのおのの発熱抵抗体４には、
その両端をそれぞれ行列状に共通接続する配線として、
図示しない行線・列線が形成されていて、行・列線の選
択によって任意の位置の発熱抵抗体４にパルス電圧を印
加して通電するようになっている。さらに５は光源６と
レンズ７とからなる光線照射装置で、例えば白熱電球の
光源６から出射した光はレンズ７により平行光線となっ
てガラス容器１の側面よりガラス容器１内に入射される
ようになっている。

【０００５】次に図１９（ｂ）を用いてこの表示装置の
表示原理を説明する。底板３上の発熱抵抗体４を、図示
しない通電回路によって急速に短時間通電する。すると
発熱抵抗体４の瞬発的な昇温、すなわち発熱が起こり、
透明液体２中の発熱抵抗体４の上部に気泡８が発生す
る。一方、光線照射装置５から出射した光線９は気泡８
と透明液体２との界面で乱反射され、一部の反射光線は
進路を曲げられて、ほぼ直角方向の光線１０となって出
射する。この光線１０がガラス容器１を通過して光点と
して認識されるので、この光点が表示画素として使用で
きるようになる。

【０００６】発熱抵抗体４の通電を切れば気泡８は消滅
し、光線９は平行に通行するだけとなって、光点が消滅
する。なお気泡を発生させる手段として発熱抵抗体の代
わりに圧電素子や超音波振動子を用いることも可能であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この上述したような表
示装置には次のような問題があった。すなわち、気泡８
を発生させる手段として発熱抵抗体４を用いた場合に
は、発熱抵抗体４に通電をして透明液体中に気泡８を発
生させるため、ある程度以上の電流を流す必要があり消
費電力が大きくなってしまっていた。また発熱抵抗体４
の代わりに圧電素子や超音波振動子を用いた場合にも、
高電圧・高周波が必要でやはり消費電力が大きくなって
しまっていた。本発明は上記の問題を解決し、消費電力
の小さい全く新規な表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明は、少なくとも一部が透明な表示部を備えて
おり、着色液体が一部に充填された複数の容器と、静電
力によって前記着色液体を動かすための駆動手段とを具
備し、前記容器は不透明な薄膜を介して接する他の前記
容器の前記表示部以外の領域上に重なって形成されたも
のであり、前記表示部がマトリックス状に配置されてい
ることを特徴とする表示装置を提供する。

【０００９】

【００１０】

【作用】本発明の表示装置によれば、複数の容器内の一
部に着色液体を充填して、容器内に気泡を形成し、着色
液体を静電力による駆動手段で動かすことによって、容
器の表示部を画素として用いることができる。画素の表
示に静電力を用いるので、従来の気泡を用いた表示装置
に比べて消費電力が小さくなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。まず本発
明の表示装置の原理を図１によって説明する。図におい
て１１は着色液体１２を一部に充填し、残りが気泡１３
である直方体状の透明な容器であり、容器１１の外側の
主面のそれぞれには透明な電極１４₁・１４₂ ・１４₃
・１４₄ が、電極１４₁ ・１４₂ および電極１４₃ ・１
４₄ の上下の対となるように取り付けられている。電極
１４₁ ・１４₂ と電極１４₃ ・１４₄ とはそれぞれ１組
ずつのコンデンサー１５₁ ・１５₂ となっており、コン
デンサー１５₁ ・１５₂ にはそれぞれ電源１６₁ ・１６
₂ およびスイッチ１７₁・１７₂ が接続されている。

【００１２】なお着色液体１２・気泡１３はほぼ同体積
であり、電極１４はそれぞれ図中のＡで示す長さのほぼ
半分であって、ほぼ同じ大きさである。スイッチ１７₂
を切った状態でスイッチ１７₁ を入れコンデンサー１５
₁ に電圧を印加すると、着色液体１２がコンデンサー１
５₁ の電極１４₁ ・１４₂ 間に吸い込まれるように入っ
ていき、電極１４₁ ・１４₂ 間が着色液体１２で満たさ
れる。このときもう一方の電極１４₃ ・１４₄ 間は気泡
１３で満たされることになる。

【００１３】次にスイッチ１７₁ を切って充電されてい
たコンデンサー１５₁ を放電させ、スイッチ１７₂ を入
れてコンデンサー１５₂ に電圧を印加すると、今度は電
極１４₃ ・１４₄ 間に着色液体１２が移動する。

【００１４】着色液体１２が移動する理由は、液体が比
誘電率１以上の誘電体であり、液体分子の電気双極子が
コンデンサー１５の電界によって吸い寄せられるからで
ある。移動のしやすさ、すなわち電界による吸引力の大
きさを大きくすることを考えると液体の比誘電率はでき
るだけ高い方が望ましい。

【００１５】例えば水は比誘電率が約８０であって好ま
しい物質である。ただし水を用いた場合には、容器１１
にピンホールが開いていたりすると電極１４間でショー
トする可能性がある。これに対してフッ素系不活性液体
などの絶縁性の高く粘性が低い液体は、ピンホールが開
いていたとしても電極１４間でショートを起こす可能性
が少なくなる。しかしこの場合、比誘電率が１．８程度
であるため、電界による吸引力が小さくなってしまう。
このときはコンデンサー１５に印加する電圧を高くすれ
ば問題が解決する。またシリコンオイルやパラフィンオ
イルなどを用いることも可能である。

【００１６】このようにコンデンサー１５による静電力
によって複数の容器１１内の着色液体１２の位置をそれ
ぞれ動かし、複数の容器１１を並べてこれを画素として
用いることで表示装置の表示が可能となる。

【００１７】次に図２に電極１４の形状が異なっている
例を示す。なお図中の番号は図１と同一部分には同一符
号を付し、以下同様とする。図２では電極１４₁ ・１４
₂ すなわちコンデンサー１５₁ の大きさが電極１４₃ ・
１４₄ すなわちコンデンサー１５₂ の大きさよりも小さ
い。

【００１８】コンデンサー１５₁ の方が小さいので、コ
ンデンサー１５₂ に電圧を印加した場合、気泡１３がコ
ンデンサー１５₁ の側の奥の方まで入っていく。従って
コンデンサー１５₂ の側を画素として用いたときには、
画素の部分が着色液体１２のみで満たされることにな
り、より鮮明な色の表示が可能となる。

【００１９】続いて図３にさらに異なる電極１４の形状
を示す。図３ではほぼ同じ大きさの電極１４が４枚では
なく６枚付いており、電極１４₅ ・１４₆ 間でコンデン
サー１５₃ が形成される。コンデンサー１５₃ には電源
１６₃ およびスイッチ１７₃ が接続されている。

【００２０】電極１４を６枚にすることにより気泡１３
の位置の制御がより容易になり、その結果、いわゆる中
間調の表示が容易となってきめ細かい画像が実現する。
上述のような容器を用いて表示装置を形成した１実施例
を図４の概略断面図に示す。ただし電極１４・電源１６
・スイッチ１７は省略してある。以下の概略断面図でも
同様とする。

【００２１】図において１１は容器であり、容器１１の
主面が半分露出するように階段状に積み重ねてある。容
器１１の下部には白色で不透明な染料を塗布してあり、
これが不透明な薄膜の役割を果たす。また紙面の奥行き
方向に向かって、階段状に積み重ねた容器１１の組を横
に順次並べていく。これによりマトリックス表示が出来
るようにする。容器１１の露出した部分が表示部１９、
すなわち画素となる。

【００２２】図４の表示装置で着色液体１２₁ の色を黒
にした場合、表示部１９に着色液体１２₁ を集めること
により黒色表示、その反対に表示部１９に気泡１３を集
めることにより白色表示ができ、表示装置全体で白黒表
示の画像表示が可能となる。

【００２３】また着色液体１２₁ を他の色にすることも
できる。図５は、図４の表示装置で、容器１１の下部に
白色で不透明な拡散板１８を形成した例である。この場
合は拡散板１８が薄膜の役割を果たす。従って容器１１
の下部に白色で不透明な染料を塗布する必要がなくな
る。

【００２４】マトリックスのカラー表示を行なうために
は表示装置を図６のような構造にする。この表示装置が
図５の表示装置と異なる点は、１枚の拡散板１８の上に
容器１１が３層積み重ねられ、容器１１内の着色液体１
２₂ ・１２₃ ・１２₄ の色がそれぞれイエロー、マゼン
ダ、シアンとなっている点である。

【００２５】例えば表示部１９にシアンとマゼンダの着
色液体を集めると赤が、同様にシアンとイエローを集め
ると緑、シアンとマゼンダを集めると青、３色全て集め
ると黒がそれぞれ表示でき、８色マルチカラー表示が可
能となる。

【００２６】この表示装置を例えば９．５インチサイズ
の画面とした場合、消費電力は１．３Ｗ程度と非常に小
さくなる。また着色液体が動く速さは、液体として水を
用いた場合、フッ素系不活性液体を用いた場合いずれも
３０Ｈｚの動画表示に対応できる速さである。

【００２７】より引き締まった黒色表示をしたい場合に
は図７に示すように、容器１１を３層ではなく４層積み
重ね、最上層の容器１１内の着色液体１２₅ の色を黒色
にする。

【００２８】これらの表示装置において画面が１７イン
チ程度以下のものを形成する場合、画素数をある程度増
やして精細な画面を得ることを考えると、表示部１辺の
長さが４０μｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。また容器の厚
さは、人間が見たときに段差を感じない程度が好まし
く、具体的には５〜３０μｍ程度が好ましい。

【００２９】また色は上記のもの以外に、例えば白・赤
・青・緑などでも良い。これらの表示装置の画素を任意
の位置でスイッチングする１つの方法について以下に説
明する。以下の説明は、図６のような容器を３層重ねた
場合についての１例である。

【００３０】まず図８に容器１１の斜視図を示す。電極
１４₅ ・１４₆ ・１４₇ ・１４₈ からはそれぞれ引き出
し線が出ており、引き出し線の終端部である接続用端子
２０₅ ・２０₆ ・２０₇ ・２０₈ は容器１１の１側面１
１₁ に集められている。

【００３１】この容器１１を３層重ねた構造を図９に示
す。最上層の容器１１の接続用端子２０₆ および２０₈
は、それぞれ中層の容器１１の接続用端子２０₉ および
２０₁₁と１つにまとめられている。同様にして、中層の
容器１１の接続用端子２０₁₀および２０₁₂は、それぞれ
最下層の容器１１の接続用端子２０₁₃および２０₁₅と１
つにまとめられている。

【００３２】また容器の接続用端子とは別に、図１０に
示すように接続用端子２１がシリコンウェハ２２上に形
成されている。接続用端子２１₅ は図９の接続用端子２
０₅に対応し、２１₆ は２０₆ ・２０₉ 、２１₁₀は２０
₁₀・２０₁₃、２１₁₄は２０₁₄、２１₇ は２０₇ 、２１₈
は２０₈ ・２０₁₁、２１₁₂は２０₁₂・２０₁₅、２１₁₆は
２０₁₆にそれぞれ対応する。すなわち図１０中の破線Ｂ
で囲った１つの四角形が、図９の３層の容器１１に対応
し、これが１画素となる。

【００３３】さらに接続用端子２１には図１１に示すよ
うに、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）２３のドレインが接続され、ＴＦＴ２３のソースは
信号線２４、ゲートはゲート線２５に接続されている。
さらに接続用端子２１にはコンデンサー２６も接続さ
れ、コンデンサー２６はＣｓ線２７に接続されている。

【００３４】これらの、シリコンウェハ２２上に形成さ
れた接続用端子２１・ＴＦＴ２３・信号線２４・ゲート
線２５・コンデンサー２６・Ｃｓ線２７を、シリコンウ
ェハ２２も含めて以下マトリックススイッチと呼ぶ。

【００３５】マトリックススイッチと容器とは図１２の
ように接続する。まずマトリックススイッチ２８上に、
異方性導電ゴム２９としてカーボンファイバーを柱状に
埋め込んだシリコンゴムを形成する。この異方性導電ゴ
ム２９を図に示すように段差をつけて切り、これに接触
するように、拡散板１８の上に３層の容器１１を階段状
に重ねる。異方性導電ゴム２９は特定の方向にのみ電流
を流すので、例えば図９の接続用端子２０₅ は図１０の
接続用端子２１₅ とのみ電気的に接続される。

【００３６】マトリックススイッチの走査やマトリック
ススイッチに信号を送るためには次のようにする。シリ
コンウェハのマトリックススイッチを形成した周辺部
に、ＴＦＴ−ＬＣＤと同様なドライバーＩＣを形成し、
このドライバーＩＣをマトリックススイッチと接続す
る。これによってドライバーＩＣによるマトリックスス
イッチの駆動ができる。

【００３７】以上のように構成することにより、表示装
置の画素を任意の位置でスイッチングすることが可能と
なる。またスイッチング素子としてＴＦＴの代わりに薄
膜ダイオード（ＭＩＭ）を用いることも可能である。

【００３８】さらに異方性導電ゴムとしては金属を柱状
に埋め込んだシリコンゴムでも良い。異方性導電ゴムの
代わりに金属をメッキしたものを用いることもできる。
またシリコンウェハの代わりにガラス基板を用いること
も可能である。この場合は、マトリックススイッチの周
辺部にクリスタルシリコンあるいはポリシリコンのドラ
イバーＩＣを実装する。

【００３９】次に容器の製造方法について説明する。図
１３に示すように、塩化ビニルを用いた熱可塑性のフィ
ルム３０₁ の上に塩化ビニルを用いた熱可塑性の繊維で
作った網３１を乗せ、この上にさらに塩化ビニルを用い
た熱可塑性のフィルム３０₂ を乗せる。これを熱圧着す
る。図中のＣで示す四角形１つが容器１つとなる。フィ
ルム３０は容器の上下両面、網３１は側面となる。

【００４０】この容器の上下両面にＩＴＯの透明導電膜
を蒸着法によってコートし、所望の電極パターンにパタ
ーンニングしておく。その後、図１４に示すように、容
器の１側面１１₁ が開口するよう短冊状に切断し、短冊
状容器３２とする。

【００４１】この短冊状容器３２を、図１４に示すよう
に着色液体１２を入れたシャーレ３３に、側面１１₁ が
着色液体１２に接するよう入れ、着色液体１２を毛細管
現象によって容器１１の中に入れる。

【００４２】液体として水を用いた場合には着色液体１
２の染色は水溶性の染料によって行なう。また着色液体
１２の量は、容器内に気泡が形成されるような量とす
る。

【００４３】この後、側面１１₁ を熱によって封止す
る。また前述の透明導電膜に導電ペーストによって引出
線を付けて、側面１１₁ に接続用端子を形成する。こう
して容器が完成する。

【００４４】以上で用いた塩化ビニルの代わりにナイロ
ンやポリエステルを用いることも可能である。またフィ
ルムと網とはおのおの別の材料を用いても良い。さらに
透明導電膜としてＩＴＯの代わりに、金、銀、アルミニ
ウムなどを薄膜化して透明にしたものを用いることもで
きる。透明導電膜を形成するには蒸着法の他、スパッタ
法、塗布法などを用いても良い。

【００４５】次に上述とは別の容器の製造方法について
説明する。まず図１６に示すような同軸で２重構造の注
射器３４を用意する。この注射器３４の、外側の液だめ
３５に入れた液体は外側の注射針３６、内側の液だめ３
７に入れた液体は内側の注射針３８を通る。

【００４６】この注射器３４の外側の液だめ３５に、容
器を構成するナイロンの原料となるモノマーを、また内
側の液だめ３７には、着色液体を入れる。そして図１７
に示すように外側・内側の注射針３６・３８からモノマ
ー３９₁ ・着色液体１２を同時に押し出し、液滴４０と
して落下させる。このとき容器の内部に気泡が形成され
るよう、着色液体１２の量を調整しておく。

【００４７】液滴４０は、ナイロンの原料となるモノマ
ー３９₂ を入れたビーカー４１に落下させる。これによ
りモノマー３９₁ ・３９₂ の縮合重合反応が進みナイロ
ンが形成されて、着色液体１２が内部に入った容器が形
成される。

【００４８】この後、図１８に示すように容器１１を載
置台４２に乗せ、載置台４２の押圧部４３₁ ・４３₂ を
図中の矢印Ｄ₁ ・Ｄ₂ 方向に動かして容器１１の形を直
方体状にする。

【００４９】この後、上述したのと同様な方法で電極を
形成して容器が完成する。以上で用いたナイロンは縮合
重合反応によって形成されるポリマーであるが、縮合重
合反応によって形成される他のポリマー、例えばポリエ
ステルなどを用いることも可能である。また縮合反応で
はなくラジカル重合によって形成されるポリマー、例え
ばアクリルのようにビニル基が多いものを用いても良
い。これらを形成する際に出発となる原料もモノマーに
限定されるものではなく、オリゴマーを用いることもで
きる。反応の際に開始剤あるいは触媒が必要な場合は、
これらを適宜加えることによって反応を進行させる。

【００５０】以上に説明した方法の他、ガラスや酸化シ
リコンを用いて容器を形成することも可能である。この
容器を用いて表示装置を形成する際に、容器の下部に拡
散板を付ける場合がある。このときは次のようにして付
ける。材料としては酸化マグネシウムを用い、これをス
パッタ法によって付ける。酸化マグネシウムではなく硫
酸バリウムを用いても良く、またスパッタ法の代わりに
蒸着法や塗布法を用いても良い。

【００５１】以上の実施例で述べたような表示装置は反
射型なのでバックライトを必要とせず、駆動に静電力を
用いているので消費電力が小さい。また開口率をほぼ１
００％にすることができ、拡散板を反射率１００％の完
全拡散板にすれば、光利用効率１００％の非常に明るい
反射型表示装置となる。

【００５２】またカラー表示をする場合はシアン、マゼ
ンダ、イエロー（もしくは、さらに黒）の着色液体を用
いているので、印刷物と同等の色再現範囲を持ってお
り、人間の感度から考えて実用上全く問題はない。これ
は液晶のＥＣＢモードやＧＨモードでは原理的に実現不
可能なレベルである。

【００５３】そこで本発明の表示装置は、低消費電力が
要求される携帯情報機器やパーソナル・コンピュータ、
さらには電子ブック、電子新聞、電子ノート、電子ポス
ター、電子百科辞典、看板、制御機器のコンソールパネ
ルなどに応用できる。さらに本発明の表示装置は、グラ
ビア印刷並の色鮮やかな表示ができるので、上記以外の
新たな応用も考えられる。また大型化も可能なので、従
来プラズマディスプレイやフラットＣＲＴなどを用いて
いた大きさの表示装置も製造することが出来る。しかも
製造技術が難しく高価なこれらの表示装置と比較して、
容易に低価格で実現する。

【００５４】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は以上の実施例に限定されるものではない。本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例え
ば消費電力がある程度大きくなってもかまわない場合に
は、表示装置の側面に光源を設けることによって、暗い
場所での使用を容易にすることもできる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、消
費電力の小さい全く新規な表示装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る表示装置の原理を説明
するための図。

【図２】本発明の実施例に係る表示装置の原理を説明
するための図。

【図３】本発明の実施例に係る表示装置の原理を説明
するための図。

【図４】本発明の実施例に係る表示装置の概略断面
図。

【図５】本発明の実施例に係る表示装置の概略断面
図。

【図６】本発明の実施例に係る表示装置の概略断面
図。

【図７】本発明の実施例に係る表示装置の概略断面
図。

【図８】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の斜
視図。

【図９】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の斜
視図。

【図１０】本発明の実施例に係る表示装置の一部を示
す平面図。

【図１１】本発明の実施例に係る表示装置の一部を示
す平面図。

【図１２】本発明の実施例に係る表示装置の概略断面
図。

【図１３】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の
製造工程の説明図。

【図１４】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の
製造工程の説明図。

【図１５】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の
製造工程の説明図。

【図１６】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の
製造工程の説明図。

【図１７】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の
製造工程の説明図。

【図１８】本発明の実施例に係る表示装置中の容器の
製造工程の説明図。

【図１９】従来の表示装置を示す図。

【符号の説明】

１１…容器；１２…着色液体；１３…気泡；１４…電
極；１５、２６…コンデンサー；１６…電源；１７…ス
イッチ；１８…拡散板；１９…表示部；２０、２１…接
続用端子；２２…シリコンウェハ；２３…薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）；２８…マトリックススイッチ；２９…
異方性導電ゴム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部が透明な表示部を備えてお
り、着色液体が一部に充填された複数の容器と、静電力によって前記着色液体を動かすための駆動手段と
を具備し、前記容器は不透明な薄膜を介して接する他の前記容器の
前記表示部以外の領域上に重なって形成されたものであ
り、前記表示部がマトリックス状に配置されていること
を特徴とする表示装置。
【請求項２】前記薄膜が白色の拡散板であることを特徴
とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】前記駆動手段として、前記容器の両主面に
形成された４枚の透明な電極からなるコンデンサーを用
いることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項４】前記コンデンサーに薄膜トランジスタが接
続されていることを特徴とする請求項３記載の表示装
置。
【請求項５】前記薄膜上に前記容器が複数層重ねられ、
前記容器中の着色液体の色がそれぞれ異なるものである
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項６】前記薄膜上に前記容器が３層重ねられ、前
記着色液体の色がそれぞれシアン、マゼンダ、イエロー
であることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】前記薄膜上に前記容器が４層重ねられ、前
記着色液体の色がそれぞれシアン、マゼンダ、イエロ
ー、黒であることを特徴とする請求項５記載の表示装
置。