JP3454932B2 - 可動フィルム型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可動フィルム型表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯情報機器に用いられるディスプレイ
は、薄型・軽量で低消費電力なものが望まれている。従
来、薄型ディスプレイとしては、液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）・プラズマディスプレイ・フラットＣＲＴなどが
知られている。これらのうちでは、消費電力などを考え
るとＬＣＤが最も適しており、実用化されている。

【０００３】ＬＣＤのうち、ディスプレイの表示面を直
接見るようにしたものを直視型という。直視型のＬＣＤ
には背面に蛍光ランプなどの光源を組み込む透過型と周
囲光を利用する反射型とがある。このうち前者はバック
ライトが必要なので低消費電力化には不向きである。し
たがって携帯情報機器のディスプレイとしては後者の反
射型が最も普及している。

【０００４】反射型ＬＣＤは、アルミ箔の光反射板がＬ
ＣＤを構成する背面ガラス基板に偏光板と表面が梨地状
の反射板とを重ねて貼り付けられている。このような反
射型ＬＣＤは非発光形であるので消費電力が低くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような反射型
ＬＣＤには、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏ
ｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｇｅｎｃｅ）モ−ド
・ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ Ｈｏｓｔ）モ−ド・ＴＮ（Ｔｗｉ
ｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モ−ドなどを用いる。

【０００６】ＥＣＢモ−ドやＴＮモ−ドを用いる場合に
は偏光板が必要である。偏光板は光の透過率が４０％程
度なので、光の利用効率が悪くなってしまう。またＧＨ
モ−ドを用いる場合には偏光板は不要であるが、光の透
過率が９０％程度であるＩＴＯの電極をかなり広い面積
形成するので、光の利用効率があまり高くはならない。

【０００７】またカラ−表示をする場合、ＥＣＢモ−ド
やＧＨモ−ドを用いるとカラ−フィルタ−は必要ない
が、色の再現能力が低く、視角依存性が大きい。ＴＮモ
−ドを用いる場合にはカラ−フィルタ−で色をつける
が、反射型なので光の利用効率が約１／３となり暗くな
ってしまう。

【０００８】これに加えて、これらにおいてはスイッチ
としてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）やＴＦＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ）など
を設けるので開口率が低くなってしまう。

【０００９】光の利用効率が低く、開口率が低いと、輝
度が低下してしまい画面が暗いものとなる。本発明は上
記のような問題を解決し、輝度が高い可動フィルム型表
示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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、複数の第１帯状電極を有する第１電極が
形成され、第１の色を有する第１フィルムと、複数の第
２帯状電極を有し前記第１電極と絶縁された第２電極が
形成され、前記第１フィルムに少なくとも一部が重なる
よう設置され、第２の色を有する第２フィルムとを具備
し、前記第１帯状電極は各々交互に第１の固定電圧とこ
の第１の固定電圧とは異なる第２の固定電圧とが印加さ
れる固定電圧印加構造であり、前記第２帯状電極は前記
第１帯状電極と重なっている領域とずれている領域を実
現可能に配置され、前記重なっている領域に対応する前
記第２帯状電極の各々には交互に所定の周期で逆極性を
有する第１の電圧波形が印加され、前記ずれている領域
に対応する前記第２帯状電極の各々には交互に前記所定
の周期で１／４周期位相のずれた逆極性を有する第２の
電圧波形が印加される二相構造であることを特徴とする
可動フィルム型表示装置を提供する。

【００１１】

【作用】本発明によれば、固定部上に設置された可動フ
ィルムを、静電力による駆動部で動かして画素、すなわ
ち表示部とし画面を表示する。画面を表示するのにフィ
ルムを用いるので偏光板が不用となり、また表示部にＩ
ＴＯなどの電極を形成しないので、光の利用効率が高く
なる。また駆動部が表示部の表示を妨げないように形成
されるので開口率が極めて高くなる。この結果、輝度が
高くなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１に本
発明の実施例に係る可動フィルム型表示装置の斜視図を
示す。図１において１は基板、２は固定部であり、白色
で不透明な固定フィルム、３は透明なシアンのフィル
ム、４は透明なマゼンダのフィルム、５は透明なイエロ
−のフィルムで、この３つによって可動フィルム６を構
成している。ここでは第１の色は白色で、第２の色はシ
アン・マゼンダ・イエロ−である。可動フィルム６の一
端は基板１に固定され、運動方向を一次元に制限されて
いる。

【００１３】可動フィルム６のうち７で示す部分が画素
として働く表示部である。また可動フィルム６上には櫛
形電極からなる駆動部８と、駆動部８より引き出されて
配線された配線部９とが形成されている。配線部９より
駆動部８の櫛形電極に電荷が供給されることにより、可
動フィルム６が動く。

【００１４】なお１７インチ以下程度の表示装置を形成
する場合は、表示部の１辺の長さが４０〜３００μｍ程
度であれば、画素数をある程度増やすことができるので
好ましい。またフィルムの厚さは、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１〜２００μ
ｍ程度が好ましい。

【００１５】また可動フィルムが動いたときに生じるた
わみを吸収するためには、配線部にある程度の長さがあ
ったほうが好ましく、具体的には５ｍｍ〜２ｃｍ程度が
好ましい。

【００１６】また可動フィルムは秒速４ｍｍ程度で動か
すことが可能である。そして消費電力は例えば９．５イ
ンチサイズの場合、動画表示であれば１．３Ｗ程度であ
り、画面を動かす回数が少なければそれだけ少なくな
る。

【００１７】ここで図２にこの表示装置の概略断面図を
示す。図２では配線部９は省略してある。図２の場合、
不透明で白色の固定フィルム２の上にシアン・マゼンダ
・イエロ−３色の透明な可動フィルム３・４・５を重
ね、さらにその上に表示部分だけずらして階段状に同等
構成の固定フィルム２および可動フィルム３・４・５を
重ねていく。可動フィルムを各色で別個に図の矢印の方
向に動かすことにより、マルチカラ−表示をさせること
ができる。例えば、白色フィルムの上にマゼンダ・イエ
ロ−を残しておくと赤、シアン・イエロ−を残しておく
と緑、シアン・マゼンダを残しておくと青、３色すべて
残しておくと黒がそれぞれ表示でき、８色のマルチカラ
−表示が可能となる。

【００１８】８色以外の中間調色を表示させる場合は、
可動フィルムのある特定のフィルムだけ完全に１画素分
動かさずに所望の中間調色に合わせた分だけ１画素内で
動かせば、面積階調により８色以上のマルチカラ−表示
が可能となる。

【００１９】また黒表示を鮮明にするために、図３のよ
うに３色の可動フィルムの他に、不透明の黒色フィルム
１０を可動フィルムとして重ね、４層の可動フィルムと
する構成もできる。

【００２０】なおカラ−表示でなく白黒表示をする場合
には、図４のように白色の固定フィルム２の上に不透明
の黒色フィルム１０を重ねた構成とする。次に断面構造
をより詳細に示したものを図５・６に示す。前述のよう
にシアン・マゼンダ・イエロ−の透明フィルムを可動フ
ィルム３・４・５とする。色は基本的には表示部のみで
良いがフィルム全体が着色されていても良い。フィルム
の着色法としては無色透明のフィルムに色を塗ったり染
色したりするか、フィルムを作る前のペレット状態のと
きに染料を混ぜても良い。また色は上記のもの以外に黒
・白・赤・青・緑などでも良い。

【００２１】図５は図１・２と同様に可動フィルムを積
層した場合である。この駆動方法に関しては後述する。
また図６では固定フィルム・可動フィルムを交互に積層
していく。シアン・マゼンダ・イエロ−で１画素を形成
するか、これに黒を加える。それぞれの可動フィルムは
独立に動けるようにしておく。

【００２２】ここでフィルムの製造方法を説明する。ま
ず厚さ１〜２００μｍのシアン・マゼンダ・イエロ−・
ブラックなどの色付きフィルムを用意する。これをベ−
スフィルムとする。材質としては、ポリエステルやポリ
イミドなどが電気的な特性および製造の容易さなどの点
で好ましい。

【００２３】このフィルムに銅・アルミ・クロム・タン
タル・タングステン・モリブデン・インジウムスズ酸化
物・炭素のうちどれかの単体層、もしくはこれらのうち
の複数の物質の積層膜や合金膜をスパッタ法や蒸着法で
形成する。そして所定形状のパタ−ンをリソグラフィ−
技術あるいはフォトエングレイブメントプロセスで形成
する。これが電極となる。

【００２４】その後、陽極酸化法・スパッタ法・蒸着法
・スピンコ−ト法・ディップ法・印刷・表面重合法・張
り合わせなどで上記の物質の上に絶縁膜（フィルム）を
形成する。これをカバ−フィルムと呼ぶ。その材質とし
ては酸化ケイ素膜・窒化ケイ素膜・炭化ケイ素膜・酸化
タンタル・アルミナ・チタン酸ジルコン酸鉛・チタン酸
バリウム・ポリイミド・ポリエステル・ポリテトラフル
オロエチレン・ポリアミド・ポリウレタン・ポリエポキ
シドなどがある。接着剤付きの上記材質のフィルムを張
り付けても良い。また熱可塑性樹脂のフィルムの場合、
接着剤なしに上記ベ−スフィルムとカバ−フィルムとを
接合することができる。

【００２５】なお不透明の白色フィルムを製造する場合
は、フィルム上に酸化マグネシウムか硫酸バリウムをス
パッタ法によってつければ、反射率が１００％の完全拡
散板となり、光の利用効率がほぼ１００％の非常に明る
い表示装置を作ることができる。

【００２６】また固定部としては、フィルムではなくも
っと厚いものを用いることもできる。このようにして製
造されたフィルムの上に、摩擦に対する耐性を向上させ
るためにテフロンか超高分子量のポリエチレンを塗布す
る。

【００２７】次に可動フィルムを駆動する方法について
説明する。駆動には静電力を用いるのが最も効果的であ
る。これは駆動力を用いると小型軽量化するのに有利だ
からである。

【００２８】静電力を利用する方法として、例えば図７
（ａ）のようなコンデンサ−があって、図７（ｂ）のよ
うに電極を互いにずらすと、図に示すような水平引力と
垂直引力とが働く。コンデンサ−の電極間に適当な絶縁
膜をかませることにより水平引力のみを取り出すことが
でき、これを駆動力とすることができる。

【００２９】静電引力は図７のように水平方向と垂直方
向に働き、水平引力をフィルムの駆動力として利用す
る。垂直引力は移動フィルムと固定フィルムとの間の摩
擦力を増大させるのでできるだけ小さくしなければなら
ない。コンデンサ−の静電容量をＣ、印加電圧をＶ、コ
ンデンサ−の電極間距離をｄ、コンデンサ−内の誘電体
の誘電率をε、電極幅をＷ，電極長をＬ、電極の水平方
向の移動量をＸとすると、一般に静電エネルギ−Ｕは，
Ｕ＝ＣＶ² ／２で表され、垂直引力Ｆｄは

【００３０】

【数１】 水平引力Ｆｘは

【００３１】

【数２】 と表すことができる。垂直引力は電極間距離ｄの２乗に
反比例し、水平引力はｄの１乗に反比例している。した
がってｄをある程度はなせば摩擦力よりも水平引力が打
ち勝って、コンデンサ−の容量が増える方向に電極に力
が加わり、フィルムが移動する。フィルムを連続的に駆
動するためには、電極の極性を次々に変えていかなけれ
ばならない。

【００３２】また上下の電極が揃ってしまうと水平引力
は足らなくなるので、図８のように電極１１同志がずれ
ている領域と重なっている領域との２つの領域を持った
２相構造にする必要がある。これらの電極１１に印加す
る電圧Ｖの波形は、図８のように第一相と第二相で１／
４周期ずらした方形波が好ましい。このような電圧を加
えることにより図の矢印あるいはその反対の方向に可動
フィルム６を駆動させることができる。どちらを先に進
ませるかによって可動フィルム６を図中の左右どちらに
も進ませることができる。図８では固定フィルム２の方
を２相構造にしているが、可動フィルム６の方が２相構
造になっていても構わない。

【００３３】大きな力を得るためには、図８に示す複数
の電極１１を並列に並べれば良い。そして特に隣り合う
電極１１の極性を反対極性にすると良い。これは隣同志
の電極が同極性の場合よりも静電エネルギ−の変化量ま
たは静電容量の変化量が大きくなり、発生する力が大き
くなるからである。

【００３４】電圧波形は図９に示すような先行波と遅滞
波とからなり、第一相と第二相それぞれを先行波にする
か遅滞波にするかによって移動方向を図８の左右どちら
にでもできる。

【００３５】図１０は図９の先行波と遅滞波とを作り出
す回路である。図中のＡ・Ｂの部分にホトＭＯＳリレ−
を接続し、可動フィルム・固定フィルムの印加電圧の電
源と波形発生部とを分離しておくと良い。移動フィルム
の動きを完全に制御するためには基本クロックをファン
クションジェネレ−タ−から発生させるよりも、カウン
タ回路を備えたパルス発生器から所望の数のパルスを波
形発生部に送ると良い。

【００３６】図１１は可動フィルムを駆動していくため
の電極極性のフロ−チャ−トである。（ａ）・（ｂ）・
（ｃ）・（ｄ）の順で極性を切り替えていく。ここで図
５のように固定フィルム２枚に可動フィルム３枚を挟ん
だ場合の各移動フィルムの駆動方法について図１２・１
３を用いて説明する。図１２・１３では電極の極性の配
置のみを示してある。

【００３７】図１２はマゼンダの可動フィルム４だけを
動かす場合である。まず図１２（ａ）のような電極の極
性配置にして、次に（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）の順に電極
の極性を切り替えていくことにより、マゼンダのフィル
ム４だけを動かしていくことができる。

【００３８】また図１３はシアンの可動フィルム３だけ
を動かす場合である。まず図１３（ａ）のような電極の
極性配置にして、次に（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）の順に電
極の極性を切り替えていくことにより、シアンのフィル
ム３だけを動かしていくことができる。

【００３９】このように任意の位置の可動フィルムを別
個に動かすことができる。この結果、固定フィルムの数
を減らすことができて、薄型の表示装置を実現するため
に好ましい構成となる。

【００４０】図１４から図１７までは移動フィルムおよ
び固定フィルムの断面をより詳細に表した図である。Ｐ
は電極のピッチ、Ｗは電極の幅、ｄは対向する電極間の
ギャップを表す。基本的に、Ｐ＝２Ｗが前述のコンデン
サ−の理論から好ましい。

【００４１】図１４は絶縁膜（フィルム）１２を固定フ
ィルム２につけた場合で、絶縁膜１２の両側に電極１１
がある場合である。なお絶縁膜１２は可動フィルム６に
つけても良い。これは以下の図１５〜１７でも同様であ
る。

【００４２】図１５は絶縁膜１２を固定フィルム２に付
けた場合で、絶縁膜１２の片側のみに電極１１がある場
合である。図１６は片方あるいは両方のフィルムの裏表
に電極１１を形成した場合で、絶縁膜１２はどちらか片
方あるいは両方につける。

【００４３】図１７は電極をフィルム内に埋め込むか、
熱可塑性の同種のフィルムに電極１１を挟み込み熱圧着
させた場合である。続いて電極１１の平面パタ−ンを図
１８（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示す。図１８（ａ）のよ
うに電極１１のピッチが途中で変わっているものと、図
１８（ｂ）のように変わらないものとを上下１組で組み
合わせて使う。これによって、図８で示したような電極
１１同士が重なっている領域とずれている領域との二相
構造を実現できる。また図１８（ｃ）で示すような構造
にしても良い。

【００４４】次に全体の回路構成を説明する。図１９で
は、走査線回路１３に接続された走査線１４より固定フ
ィルム２に電圧を供給し、信号線回路１５に接続された
信号線１６より可動フィルム６に電圧を供給している。
基本的に可動フィルム６・固定フィルム２の両方に電圧
が印加されて初めて可動フィルム６を動かすことができ
る。固定フィルム２・走査線１４および可動フィルム・
信号線１６でマトリックスを組めば、二次元の画像を表
示することができる。通常、走査線１４は上から順次１
本ずつ走査していく。アクティブアドレッシングのよう
に複数の走査線に電圧波形を送れば、高速に画像が表示
できる。

【００４５】図２０は図１９とは逆に可動フィルム６に
電圧を供給している配線を走査線１４にし、また固定フ
ィルム２に電圧を供給している配線を信号線１６にして
いる。その他は図１９と同じである。

【００４６】以上に述べたような実施例の可動フィルム
が他表示装置は、反射型なのでバックライトを必要とせ
ず、またメカニカル方式であり、一度動いたら止まって
いるので、メモリ−性を持っており、静止画状態では消
費電力がゼロである。そして駆動時もあまり電流が流れ
ないので低消費電力である。

【００４７】さらに開口率をほぼ１００％にすることが
でき、反射板を反射率１００％の完全拡散板にすれば、
光の利用効率がほぼ１００％の非常に明るい反射型表示
装置となる。

【００４８】またカラ−表示をする場合はシアン・マゼ
ンダ・イエロ−（もしくは、さらにブラック）のフィル
ムを動かしているので、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まったく問題は
ない。これは液晶のＥＣＢモ−ドやＧＨモ−ドでは原理
的に実現不可能なレベルである。

【００４９】そのうえ表示部にフィルムを使っており、
特にプラスチックフィルムを使った場合、ガラス基板や
Ｓｉウエハと異なり、大きさに制限を受けず、しかも非
常に軽量である。

【００５０】そこでこの表示装置は、低消費電力が要求
される携帯情報機器やパソコン、さらに電子ブック・電
子新聞・電子ノ−ト・電子ポスタ−・電子百科辞典・看
板・制御機器・コンソ−ルパネルなどに応用できる。こ
の表示装置はグラビア印刷並み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Ｃ
ＲＴなどを用いていた大きさの表示装置も製造すること
ができる。しかも製造技術が難しく高価なこれらの表示
装置を比較して、容易に、低価格で実現する。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、輝度
が高い可動フィルム型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可動フィルム型表示装
置の斜視図。

【図２】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置の断面図。

【図３】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置の断面図。

【図４】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置の断面図。

【図５】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置の断面図。

【図６】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置の断面図。

【図７】 コンデンサ−電極に働く垂直引力と水平引力
の説明図。

【図８】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置の電極の配置を示す断面図。

【図９】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示装
置を駆動するために加える電圧の波形図。

【図１０】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置に加える電圧を発生させるための回路図。

【図１１】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置を駆動するための電極極性の配置図。

【図１２】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置を駆動するための電極極性の配置図。

【図１３】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の一部断面図。

【図１４】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の一部断面図。

【図１５】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の一部断面図。

【図１６】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の一部断面図。

【図１７】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の一部断面図。

【図１８】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の電極の配置を示す平面図。

【図１９】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の平面図。

【図２０】 本発明の実施例に係る可動フィルム型表示
装置の平面図。

【符号の説明】

１…基板 ２…固定フィルム ６…可動フィルム ７…表示部 ８…駆動部 ９…配線部 １１…電極

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−199084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−297893（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−260766（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−78566（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65083（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−236179（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271284（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−281371（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09F 9/30 - 9/46 H02N 1/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の第１帯状電極を有する第１電極が
   形成され、第１の色を有する第１フィルムと、 複数の第２帯状電極を有し前記第１電極と絶縁された第
   ２電極が形成され、前記第１フィルムに少なくとも一部
   が重なるよう設置され、第２の色を有する第２フィルム
   とを具備し、 前記第１帯状電極は各々交互に第１の固定電圧とこの第
   １の固定電圧とは異なる第２の固定電圧とが印加される
   固定電圧印加構造であり、前記第２帯状電極は前記第１
   帯状電極と重なっている領域とずれている領域を実現可
   能に配置され、前記重なっている領域に対応する前記第
   ２帯状電極の各々には交互に所定の周期で逆極性を有す
   る第１の電圧波形が印加され、前記ずれている領域に対
   応する前記第２帯状電極の各々には交互に前記所定の周
   期で１／４周期位相のずれた逆極性を有する第２の電圧
   波形が印加される二相構造であることを特徴とする可動
   フィルム型表示装置。
2. 【請求項２】 前記第１フィルム及び第２フィルムが表
   示領域を有し、前記第１電極及び第２電極が前記表示領
   域とは異なる領域に配置されることを特徴とする請求項
   １記載の可動フィルム型表示装置。
3. 【請求項３】 前記第２フィルム上に、複数の第３帯状
   電極を有する第３電極が形成された第３フィルムを複数
   積層し、前記第１フィルム、第２フィルム及び複数の第
   ３フィルムは、交互に前記固定電圧印加構造と前記二相
   構造とになっていることを特徴とする請求項１記載の可
   動フィルム型表示装置。