JP4407699B2 - 表示装置及び電子ペーパー - Google Patents
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Description
また、従来では、例えば発光ダイオードを用いたディスプレイパネル(表示装置)に対するデジタイジングタブレット(デジタイジング装置)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。なお、デジタイジング装置としては、前記特許文献1における従来の技術においても開示されているように、いくつかのタイプのものが知られている。
(1)容量性−抵抗性アレイに対してスタイラスの先端部を直接接触させるタイプ。
(2)ユーザがデータを入力し、所望の動作を実行する際に磁気先端構造のスタイラスあるいは電磁界発生型のスタイラスと相互作用する電磁デジタイザを用いるタイプ。
(3)デジタイジングアレイに信号を送信するためのRF送信器を備えるスタイラスからなるタイプ。
(4)パッドから反射するようにスタイラスの先端部内に配置される可視光源あるいは赤外光源のような光源を組み込むタイプ。
前記複数の画素はそれぞれ、第1サブ画素から第nサブ画素(ただし、nは2以上の自然数)までの複数のサブ画素によって構成され、
前記サブ画素にはそれぞれ、データ線に接続し、対応するサブ画素を選択するための選択スイッチング素子と、選択線に接続し、外部からの入力動作に感応して選択線からの信号を対応するサブ画素に供給するための外部入力スイッチと、が設けられ、
前記選択線は、前記第1サブ画素に接続する第1選択線から第nサブ画素に接続する第n選択線までのn種の選択線を備えて構成され、
前記n種の選択線は、それぞれ選択スイッチを介して制御部に接続され、これらの選択スイッチにより選択された一または複数の選択線に制御部からの信号が供給されるように構成されていることを特徴としている。
また、前記各サブ画素に対応してそれぞれに選択線(第1選択線から第n選択線)を設け、これら選択線に対応して選択スイッチを接続しているので、外部入力スイッチを介して直接入力する際、例えば選択スイッチによってm種の選択線のみを選択し(ただし、mは1≦m<nを満たす自然数)、これによってm種類のサブ画素のみに外部入力可能となるよう選択することにより、相対的に狭い面積による表示、すなわち面積比でm/nでの相対的に淡い表示が可能になる。よって、選択スイッチング素子による画素種選択の仕方により、直接入力による表示濃淡(階調)を表現することが可能になる。
また、各画素の座標位置を常に検出する必要がないためプロセッサが不要になり、さらに画素が表示の保持性を有しているので、待機時においても電力を必要とすることなく表示を保持することができ、したがって低消費電力化が可能になる。
また、外部入力スイッチがサブ画素それぞれに対して設けられ、したがって画素が個々に独立して機能するようになっているので、表示画面の大面積化に伴い素子数が増えても、前記したようにプロセッサが不要であることなどから従来のような困難性を有することなく、大面積化への対応が容易になる。
このようにすれば、外部入力スイッチを介しての直接入力時、選択スイッチを適宜に選択することにより、前記通常の表示に対する下線やメモ等の別の表示を、所望のカラー表示でなさせることが可能になる。
外部入力スイッチを感圧スイッチング素子とすることにより、直接入力する際の書き込みペンとして、電源等を必要としない、単なる加圧が可能なペンを用いることができる。
また、感圧スイッチング素子をマイクロ電気機械スイッチとすることで、アクティブマトリクス回路基板を公知の手法で製造する際、特殊な工程を必要とすることなく一般的な工程で感圧スイッチング素子(マイクロ電気機械スイッチ)を製造することができる。
このようにすれば、選択スイッチを感圧スイッチング素子とすることにより、直接入力する際の書き込みペンとして、電源等を必要としない、単なる加圧が可能なペンを用いることができる。
このようにすれば、直接入力として前記の感圧スイッチング素子を押圧した際、入力面となる表示側基板の外面に保護フィルムが貼着されて保護されているので、直接入力の際の押圧力でマイクロカプセルが破壊されてしまうことが防止される。
この電子ペーパーによれば、前記したように通常の表示に対して下線やメモ等の別の表示を追加することができ、しかも低消費電力化が可能な表示装置からなっているため、一般的な表示装置としてはもちろん、通常の紙と同様に機能させることができる。
図1は、本発明の表示装置の第1実施形態を示す要部断面図であって、図1中符号1は表示装置である。この表示装置1は、本実施形態では表示素子として電気泳動素子を有して構成されたもので、素子基板2と透明基板3を有し、これら基板2、3間に電気泳動分散液を封入してなるマイクロカプセル4を挟持したものである。図2(a)、(b)は、素子基板2の概略構成を示す図であって、図2(a)は素子基板2についての要部平面図、図2(b)は図2(a)のA−A’線で断面視した要部断面図である。なお、図1は、図2(a)のA−A’線で断面視した位置における、表示装置1全体の要部断面図である。
したがって、選択スイッチ90a〜90cのうちのどれをオンにするか選択することにより、外部入力時の階調表現を選択することができる。すなわち、一つのみオンにして残りはオフにすると全体の3分の1の画素にしか入力できないが、二つをオン、もしくは三つ全てをオンにすることにより、全体の3分の2の画素、もしくは全ての画素に入力することができるため、結果的に面積階調による階調表示(濃淡表示)を実現することができる。また、全ての選択スイッチをオフにしておくことにより、外部入力による書き込みを禁止(不能に)することができる。
なお、可撓性の基板に限定するものではなく、薄く形成された無機ガラスや、硬質樹脂などを用いた構成であってもよい。
この電気泳動粒子としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、亜鉛華、三酸化アンチモン等の白色顔料、モノアゾ、ジイスアゾン、ポリアゾ等のアゾ系顔料、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色顔料、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、アントラキノン系染料、紺青、群青、コバルトブルー等の青色顔料、フタロシアニングリーン等の緑色顔料等の1種又は2種以上を用いることができる。
マイクロカプセル4の壁膜を形成する材料としては、アラビアゴム・ゼラチンの複合膜、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、尿素樹脂などの化合物が使用できる。
また、電気泳動粒子を一種類のみ用い、これを共通電極17側、あるいは画素電極6側に泳動させることで、表示をなすようにしてもよい。
このような構成によってマイクロカプセル4は、素子基板2と透明基板3との間に挟着され、表示装置1を構成している。
h<W2/8r …式
具体的には、空隙部16の最小幅Wが200μmであり、マイクロカプセル4が許容できる(耐えうる)曲率半径r(=r2)が1cmである場合、W2/8r=500nmとなるため、空隙部16の深さを、マージンをとって例えば450nmに設計すればよいことになる。
そして、このような条件のもとで、マイクロカプセル4が耐えうる曲率半径r(=r2)を、透明基板3側の曲率半径r1が下回らないように、保護フィルム19を貼着し、透明基板3と補強フィルム19を合わせた基板全体の曲率半径r1が、r2以上となるように補強すればよいのである。
まず、図4(a)に示すように、後述するレーザーアニール工程での熱に耐えうる基板2a(ガラス基板、石英基板など)を用意し、その表面(内面)にSiO2等からなる下地絶縁膜8を形成する。続いて、下地絶縁膜8上にポリシリコンからなる半導体膜9を形成する。この半導体膜9の形成方法としては、例えばCVD法等によってアモルファスシリコンを堆積し、レーザーアニール法で多結晶化してポリシリコンとした後、公知のリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて所望形状にパターニングすることにより、所望の形状の半導体膜9を得る。
次いで、このコンタクトホール20を埋め込んだ状態でAl等からなる導電膜(図示せず)を形成し、さらにこの導電膜をパターニングすることにより、図5(a)に示すようにソース電極12を含むデータ線52と、中継電極13と、選択線80(第1選択線80a、第2選択線80b、第3選択線80c)を形成する。
次いで、空隙部16内の犠牲層21をエッチングし、図6(c)に示すように空隙部16内の犠牲層21を除去する。エッチングとしては、例えばエッチンガスとしてXeF2を用いたドライエッチングが好適に採用される。ただし、他のエッチャントを用いたドライエッチングや、ウエットエッチングも採用可能である。
このようにして、素子基板2が得られる。また、特に外部入力スイッチ7については、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)からなるスイッチ、すなわちマイクロ電気機械スイッチとなる。
そして、このようにして形成した透明基板3側を、両面接着シート(図示せず)を介して素子基板2の画素電極6側に接着・固定することにより、図1に示した表示装置1を得る。
この表示装置1は、画素電極6と共通電極17との間に印加する電圧(電界)の方向を変えることにより、マイクロカプセル4中の電気泳動粒子を所望の電極側に集め、これによって所望の表示が行えるようになっている。
なお、この表示装置1においては、電源として例えば電池などを有していてもよく、専用のアダプターを介して外部電源から電力が供給されるように構成されていてもよい。もちろん、切換手段を有することにより、電源が選択できるようになっていてもよい。
例えば、第1選択スイッチ90aを選択した場合には、図3に示すように、この第1選択スイッチ90aを介して制御部(図示せず)は、第1選択線80aのみに接続するようになる。よって、各サブ画素50a〜50cの外部入力スイッチ7のうちの、第1サブ画素50aのみが、外部入力可能な状態となる。したがって、書き込みによって画素50が押圧され、これによりサブ画素50a、50b、50cのそれぞれの外部入力スイッチ7がそれぞれオンされても、制御部からは、第1選択線80aのみにしか選択データ信号が供給されていないため、結果的に、サブ画素50aのみによる比較的狭い面積による表示、すなわち面積階調で1/3に相当する淡い表示しかなされないようになる。
なお、標準状態(初期状態)では、例えば第2選択スイッチ90bが選択された状態となっており、特に階調の設定を必要としない場合には、選択スイッチ90の切り換えを行うことなく、そのままの状態で書き込み(外部入力)を行うことができるようになっている。
すなわち、書き込みによる押圧がなされたサブ画素50a〜50cでは、外部入力スイッチ7を構成する空隙部16上の画素電極6がその押圧力を受け、空隙部16内に撓んで選択線80a〜80cに接触し、導通する。すると、制御部からの選択データ信号が該選択線80a〜80cを介して画素電極6に供給されることにより、このサブ画素50が黒色の表示をなすようになる。
また、各サブ画素50a〜50cに対応してそれぞれに選択線(第1選択線80aから第3選択線80c)を設け、これら選択線80に対応して第1選択スイッチ90a〜第3選択スイッチ90cを接続しているので、これら選択スイッチ90の切り換えにより、直接入力による表示に関し、階調(濃淡)を表現することができる。
また、外部入力スイッチ7が画素50のそれぞれに対応して設けられ、したがって個々に独立して機能するようになっているので、表示画面の大面積化に伴い素子数が増えても、前記したようにプロセッサが不要であることなどから従来のような困難性を有することなく、大面積化への対応が容易になる。
また、外部入力スイッチ7が感圧スイッチング素子からなっているため、直接入力する際の書き込みペンとして、電源等を必要としない、単なる加圧が可能なペンを用いることができる。
この第2実施形態の表示装置が前記第1実施形態の表示装置1と異なるところは、透明基板3に赤色のカラーフィルタ(図示せず)、緑色のカラーフィルタ(図示せず)、青色のカラーフィルタ(図示せず)が設けられ、これによってカラー表示がなされるよう構成されている点と、図7に示すように、四つのサブ画素50a〜50dによって一つの画素(図示せず)が構成されている点である。
また、通常の表示に関しても、もちろん前記の8種類の色を基調とする、各種のカラー表示が可能になる。
この第3実施形態の表示装置が前記第1実施形態の表示装置と異なるところは、主に、外部入力スイッチ7を構成する感圧スイッチング素子として、マイクロ電気機械スイッチに代えて、圧電素子による外部入力スイッチを採用した点である。
また、表示装置30は、電気泳動層33が形成された領域内に画像表示領域が設けられている。
複数のサブ画素35のそれぞれには、画素電極41と、画素電極41をスイッチング制御するためのTFTからなる選択スイッチング素子42と、圧電素子からなる外部入力スイッチ43とが設けられている。また、画像表示領域には、選択線80、複数のデータ線(信号線)45、走査線46、分極処理線47及び容量線48が格子状に配置されている。
素子基板31は、基板本体61と、基板本体61の内側(電気泳動層33側)の表面に順次積層されたゲート絶縁膜62、層間絶縁膜63、圧電強誘電体膜(圧電体膜、強誘電体膜)64及び保護膜65とを備えている。また、素子基板31は、基板本体61の内側の表面に配置された半導体層71、72と、ゲート絶縁膜62の内側の表面に配置された走査線46と、層間絶縁膜63の内側の表面に配置されたデータ線45、接続電極73及び容量電極(一方の容量電極)74と、圧電強誘電体膜64の内側の表面に配置された分極処理線47及び容量線48と、保護膜65の内側の表面に配置された画素電極41とを備えている。
ゲート絶縁膜62は、例えばSiO2(二酸化シリコン)などの絶縁材料で構成されており、基板本体61上に形成された半導体層71、72を覆うように設けられている。
層間絶縁膜63は、例えばSiO2(二酸化シリコン)やSiNx(窒化シリコン)などの絶縁材料で構成されており、ゲート絶縁膜62及びゲート絶縁膜62上に形成された走査線46を覆うように設けられている。
保護膜65は、例えばアクリルなどで構成されており、圧電強誘電体膜64上に形成された分極処理線47及び容量線48を覆うように設けられている。
なお、選択スイッチング素子42としては、半導体層71のソース領域71b及びドレイン領域71cにそれぞれ不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度(LDD:Lightly Doped Drain)領域とを形成したLDD構造を採用してもよい。
なお、外部入力スイッチ43としては、選択スイッチング素子42と同様に、LDD構造を採用してもよい。
容量電極74は、接続電極73と一体的に形成されており、圧電強誘電体膜64を介して容量線48の後述する分岐部48aと重なっている。
容量線48は、平面視でサブ画素35のY軸方向に沿って配置されており、分極処理線47と同材料で構成されている。また、容量線48には、平面視で圧電強誘電体膜64を介して容量電極74と重なる分岐部(他方の容量電極)48aが設けられている。そして、これら容量電極74、圧電強誘電体膜64及び分岐部48aによって保持容量44が構成されている。
また、画素電極41は、圧電強誘電体膜64及び保護膜65を貫通するコンタクトホールH6を介して接続電極73と接続されている。これにより、画素電極41と半導体層71のドレイン領域71c及び半導体層72のドレイン領域72cとが導通する。
基板本体70は、前記実施形態における透明基板3aと同様のもので、必要に応じ、各サブ画素35に対応し、あるいは各画素に対応してカラーフィルタが設けられたものである。
電気泳動層33は、前記実施形態と同様に、多数のマイクロカプセル4が密に配置されてなる構成となっている。
まず、通常の画像表示方法について説明する。画像表示領域の外部に設けられた駆動回路(制御部)により走査線46から走査信号を入力すると、選択スイッチング素子42が一定期間だけオン状態となる。そして、オン状態となった選択スイッチング素子42に画像信号が入力されることで、画素電極41に画像信号が書き込まれる。書き込まれた画像信号は、画素電極41と共通電極49との間で保持される。そのため、例えば画素電極41が正、共通電極49が負となるような画像信号を入力すると、画素電極41と共通電極49との間に配置された電気泳動層33を構成して正に帯電している黒色の電気泳動粒子52が共通電極49に移動する。これにより、画素領域15の黒表示が行われる。以上のようにして、通常の画像表示を行う。
図12は、本発明の電子ペーパーの一態様を示す斜視図である。この電子ペーパー110は、前記表示装置からなる表示ユニット1と、本体部111と、操作部112などから構成されたものである。
電子ペーパー110は、内蔵する記憶部のデータなどを表示ユニット1に表示するとともに、当該データが表示された状態で、ペン113により所望の内容を加筆することが可能な、いわゆる「電子お絵かきボード」である。また、操作部112には、前述のオールクリアボタンや、部分消去ボタンが含まれている。
このような電子ペーパー110は、営業マンが少人数の商談において商品説明をする際に用いるのに好適であり、例えば、商品のカタログが表示されている状態で、商品のアッピールポイントを強調しながら説明することができる。
電子ペーパー120の態様は、紙に近いものであり、例えば、1mm以下の厚さに構成することができる。このため、軽量で持ち易く、例えば、薄手のペーパフォルダによって持ち歩き、必要な場面で取り出して、その場で要点をマーキングしながら説明するなど、使い勝手に優れている。
なお、本発明の表示装置の応用としては、前記電子ペーパー以外にも、例えば電子ノートや電子ブック、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの、表示部を備えた機器等を挙げることができる。
また、前記実施形態では電気泳動分散液を封入してなるマイクロカプセル4を用いたが、マイクロカプセル4を用いることなく、電気泳動分散液を直接基板間に挟持し、封止するようにしてもよい。
さらに、選択スイッチング素子としてTFT素子を用いているが、画素電極をスイッチング制御する素子であれば、TFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)など他の素子であってもよい。
Claims (7)
- 表示の保持性を有する複数の画素を備えたアクティブマトリクス駆動の表示装置であって、
前記複数の画素はそれぞれ、第1サブ画素から第nサブ画素(ただし、nは2以上の自然数)までの複数のサブ画素によって構成され、
前記サブ画素にはそれぞれ、データ線に接続し、対応するサブ画素を選択するための選択スイッチング素子と、選択線に接続し、外部からの入力動作に感応して選択線からの信号を対応するサブ画素に供給するための外部入力スイッチと、が設けられ、
前記選択線は、前記第1サブ画素に接続する第1選択線から第nサブ画素に接続する第n選択線までのn種の選択線を備えて構成され、
前記n種の選択線は、それぞれ選択スイッチを介して制御部に接続され、これらの選択スイッチにより選択された一または複数の選択線に制御部からの信号が供給されるように構成されていることを特徴とする表示装置。 - 前記複数のサブ画素は、それぞれ異なるカラー表示をなすよう構成されていることを特徴とする請求項1記載の表示装置。
- 前記外部入力スイッチは、感圧スイッチング素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
- 前記感圧スイッチング素子は、マイクロ電気機械スイッチであることを特徴とする請求項3記載の表示装置。
- 前記選択スイッチは、感圧スイッチング素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の表示装置。
- 前記表示装置は、電気泳動分散液を封入してなるマイクロカプセルを一対の基板間に挟持して構成されたもので、前記一対の基板のうちの表示側の基板の外面に、保護フィルムが貼着されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の表示装置。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の表示装置からなることを特徴とする電子ペーパー。
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