JP5042138B2

JP5042138B2 - 発光表示装置

Info

Publication number: JP5042138B2
Application number: JP2008160882A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　功
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2010002634A

Description

本発明は、応力発光体を用いた発光表示装置に係り、特に、任意の文字や図形の形状に応力発光体を継続的に発光させる手段に関する。

近年、常温において機械的外力を受けたときに弾性変形領域で可逆的に発光する応力発光体が開発され、従来、この応力発光体を用いた発光表示装置が種々提案されている。この応力発光体をシート状にすると、シート面をペン先や指先等で押したときに、押された箇所が変形して発光するので、面上の表示装置をすることができる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示の表示装置は、アクチュエータ基板の片面に多数の応力発光ドットをマトリクス状に配置したもので、アクチュエータ基板を駆動することによって発生する縦振動又は表面のしわ等を応力発光ドットに伝搬して、応力発光ドットを発光させるものである。

応力発光体は、機械的外力を受けることによって発光するが、振動的な外力を加えない場合、その発光時間は、応力発光体が機械的外力を受けてから応力発光体の内部応力が平衡状態に達するまでの数十ミリ秒乃至数十秒程度であり、一定の機械的外力を加え続けても、応力発光体の内部応力が平衡状態に達した段階で自然に消光状態となる。特許文献１に開示の発光素子は、アクチュエータ基板の片面に応力発光ドットを配置してなるので、アクチュエータ基板から応力発光ドットに振動的な外力を加え続けることにより、応力発光体を継続的に発光させることができる。即ち、特許文献１に開示の表示装置は、アクチュエータ基板の片面に応力発光ドットを配置してなるので、アクチュエータ基板から応力発光ドットに振動的な外力を加え続けることが可能であり、このようにすることによって、応力発光体を継続的に発光させることができる。
特開２００３−２５３２６１号公報

上述のように、応力発光体は、単に押圧して変形させた場合、発光が短時間で消えてしまうが、その変形の箇所を記憶させ、比較的長時間、発光状態を維持させたいというニーズがある。例えば、ペン入力が可能な表示面を有する小型の表示装置に書き込んだ図形や文字などを、対話の相手や第三者に見せたいというような場合である。

特許文献１に開示の表示装置は、記憶手段を備えていないので、応力発光ドットを指先やペン先で押圧することによって文字や図形等を発光させることはできても、それらの文字や図形等を記憶しておくことができず、その復元をすることもできない。

本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的は、手指やペン先で機械的外力を加えることによって任意の文字や図形等を継続的に発光表示することができ、かつ先に表示された発光パターンを復元して随時再表示することが可能な発光表示装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、第１に、機械的外力を受けたときに弾性変形領域で可逆的に発光するフィルム状の応力発光体と、前記応力発光体の裏面側に配置され、前記応力発光体の裏面側に機械的外力を付与する複数のアクチュエータと、前記応力発光体の裏面側に配置され、前記応力発光体の表面側に加えられた機械的外力の付与位置を検出する複数の圧力センサと、前記圧力センサの出力信号から前記応力発光体の表面に加えられた機械的外力の付与位置を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された機械的外力の付与位置に基づいて複数の前記アクチュエータの駆動を制御し、前記応力発光体の裏面側にアクチュエータからの機械的外力を繰り返し付与する制御手段とを備えるという構成にした。

かかる構成によると、フィルム状の応力発光体を備えるので、その表面を指先やペン先でなぞることにより、なぞった形に応力発光体を発光させることができて、任意の文字や図形等を表示することができる。また、応力発光体の裏面側に複数の圧力センサを配置すると共に、この圧力信号の出力信号から応力発光体の表面に加えられた機械的外力の付与位置を記憶する記憶手段を備えるので、先に応力発光体の表面を指先やペン先でなぞることによって発光した応力発光体の発光モードを記憶手段に保存しておくことができる。さらに、応力発光体の裏面側に機械的外力を付与する複数のアクチュエータを配置すると共に、記憶手段に記憶された機械的外力の付与位置に基づいて複数のアクチュエータの駆動を制御し、応力発光体の裏面側にアクチュエータからの機械的外力を繰り返し付与する制御手段を備えるので、記憶手段に記憶された機械的外力の付与位置に基づいて複数のアクチュエータの駆動を制御することにより、先に表示された文字や図形等を随時復元して再表示できると共に、応力発光体をアクチュエータの駆動時間に応じた時間だけ発光させることができるので、応力発光体の内部応力が平行に達して消光するということがなく、所望の表示を所望の時間だけ表示することができる。

本発明は第２に、前記第１の発光表示装置において、前記アクチュエータ及び前記圧力センサを前記フィルム状の応力発光体の面方向に等間隔に配置するという構成にした。

かかる構成によると、表示面の各方向に関して均質な表示を行うことができるので、発光表示装置の表示品質を良好なものにすることができる。

本発明は第３に、前記第１及び第２の発光表示装置において、前記アクチュエータ及び前記圧力センサとして、圧電素子、電歪素子、イオン導電性高分子及び導電性高分子のいずれかからなるものを用いるという構成にした。

圧電素子、電歪素子、イオン導電性高分子及び導電性高分子は、いずれもアクチュエータとしての機能と圧力センサとしての機能を併せ持つので、これを用いることにより、アクチュエータと圧力センサとを別個に備える必要がなく、発光表示装置の構成を簡単なものにすることができる。これに加えて、イオン導電性高分子及び導電性高分子は、半導体プロセスを経ることなく製造できるので、安価であり、これをアクチュエータ及び圧力センサとして用いることにより、発光表示装置の低コスト化を図ることができる。

本発明は第４に、前記第１の発光表示装置において、前記アクチュエータが、前記圧力センサとしても機能するという構成にした。

このように、アクチュエータを圧力センサとしても機能させると、アクチュエータと圧力センサとを２段に重ね合わせて配置する場合に比べて、アクチュエータ及び圧力センサの設定に要するスペースを小さくすることができ、発光表示装置の薄型化を図ることができる。

本発明は第５に、前記第１乃至第４の発光表示装置において、前記応力発光体は、その表面に保護フィルムを有するという構成にした。

かかる構成によると、保護フィルムによって応力発光体を機械的又は化学的な悪影響から保護できるので、応力発光体ひいては発光表示装置の耐久性を高めることができる。

本発明によると、フィルム状に形成された応力発光体の裏面側に複数のアクチュエータ及び圧力センサを配置すると共に、圧力センサの出力信号から応力発光体の表面に加えられた機械的外力の付与位置を記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された機械的外力の付与位置に基づいて複数のアクチュエータの駆動を制御し、応力発光体の裏面側にアクチュエータからの機械的外力を繰り返し付与する制御手段とを備えるので、応力発光体の表面を指先やペン先でなぞることによって任意の文字や図形等を表示でき、その表示を所望の時間維持できると共に、以前に表示された文字や図形等の保存と再表示とを行うことができる。

以下、本発明に係る発光表示装置の第１実施形態を、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る発光表示装置の分解斜視図、図２は第１実施形態に係る発光表示装置の断面図、図３は第１実施形態に係る発光表示装置の発光表示状態の一例を示す説明図である。

図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る発光表示装置１Ａは、フィルム状に形成された応力発光体２と、この応力発光体２の表面を覆う保護フィルム３と、配線基板４と、この配線基板４の片面の長辺に沿う方向（Ｘ方向）及びこれと直交する短辺に沿う方向（Ｙ方向）とにそれぞれ等間隔に配置された多数の圧電素子５と、配線基板４に実装された制御回路（制御手段）６、記憶回路（記憶手段）７及びドライバ回路８とを備えてなる。

応力発光体２は、ＺｎＳ：Ｍｎ粉末などの応力発光粉末を高純度の樹脂母体に分散してなる。

保護フィルム３は、応力発光体２を機械的又は化学的な悪影響から保護するもので、可撓性を有する透明プラスチックをもって形成される。

配線基板４は、高剛性の絶縁基板の表面に所要の配線パターンを形成したもので、圧電素子５を支持し、圧電素子５の反力を受ける機能を有する。これにより、圧電素子５によって発生した押圧力を応力発光体２に付与することができ、応力発光体２における押圧力の作用部を発光させることができる。

圧電素子５は、水晶、ロッシェル塩などのほか、チタン酸ジルコン酸鉛〔Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３〕系のセラミクスなどや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電性を有したポリマー材料に電極を形成したもので、電極は、配線基板４に形成された図示しない配線パターンと接続される。この圧電素子５は、応力発光体２の裏面側（保護フィルム３を有しない面）に機械的外力を付与するアクチュエータとしての機能を発揮すると共に、応力発光体２の表面側（保護フィルム３が設けられる面）に加えられた機械的外力の付与位置を検出する圧力センサとしての機能を発揮するもので、図２に示すように、その先端部が応力発光体２の裏面と接するように配置される。即ち、制御回路６から出力される制御信号に基づいてドライバ回路８にて圧電素子５の駆動信号を生成し、この駆動信号を電極に付与すると、圧電素子５に変位を生じさせることができるので、圧電素子５をアクチュエータとして機能させることができる。また、保護フィルム３の表面側から圧電素子５に押圧力が付与されると、圧電素子５に変位が生じ、電極に電圧が発生するので、これを圧力信号として検出することができる。なお、圧電素子５の先端部は、常時応力発光体２の裏面に接しておく必要はなく、圧電素子５の非駆動時においては圧電素子５の先端と応力発光体２の裏面とが離隔しており、圧電素子５の駆動時に圧電素子５の先端が応力発光体２の裏面を押圧するように配置することもできる。

制御回路６は、配線基板４に形成された図示しない配線パターンを通じて各圧電素子５の駆動を制御するものであり、ドライバ回路８を通して多数の圧電素子５の中から所要の圧電素子５のみを選択的に駆動することにより、応力発光体２に所要の文字や図形等を発光表示させる。例えば、図３に例示するように、多数の圧電素子５の中から、ハッチングで示した所要の圧電素子５のみを選択的に駆動することにより、応力発光体２に文字「Ａ」を発光表示させることができる。

記憶回路７は、圧電素子５の出力信号を圧電素子５の配列（アドレス）と関連付けて入力し、保護フィルム３の表面側から圧電素子５を押圧することによって表示された文字や図形等を記憶する。

以下、上述のように構成された第１実施形態に係る発光表示装置１Ａの動作について説明する。

まず、圧電素子５が駆動されていない状態で、保護フィルム３の表面側から応力発光体２が押圧されると、その機械的外力に感応して応力発光体２が発光し、応力発光体２の押圧パターンに応じた文字や図形等が応力発光体２に発光表示される。応力発光体２の押圧力は、圧電素子５に伝達され、押圧された圧電素子５から選択的に出力信号が出力されて、記憶回路７に記憶される。制御回路６は、記憶回路７に記憶された信号を読み出し、対応するドライバ回路８に圧電素子５の制御信号を出力する。ドライバ回路８は、制御信号に応じた駆動信号を生成し、対応する圧電素子５に印加する。これにより、対応する圧電素子５が選択的に駆動され、応力発光体２に機械的外力が繰り返し加えられる。よって、保護フィルム３の表面側から応力発光体２を押圧することによって入力された文字や図形等が、継続的に発光表示される。

また、応力発光体２が発光していない状態において、図示しないスイッチ等を操作し、記憶回路７からこれに保存されている信号を読み出すと、制御回路６は、対応するドライバ回路８に圧電素子５の制御信号を出力する。これに応じて、ドライバ回路８は、制御信号に応じた駆動信号を生成し、対応する圧電素子５に印加する。これにより、対応する圧電素子５が選択的に駆動され、応力発光体２に機械的外力が繰り返し加えられる。よって、先に保護フィルム３の表面側から応力発光体２を押圧することによって入力された文字や図形等を随時応力発光体２に復元して再表示することができる。

また、本例の発光表示装置１Ａは、多数の圧電素子５を応力発光体２の面方向に等間隔に配置したので、表示面の各方向に関して均質な表示を行うことができ、発光表示装置の表示品質を良好なものにすることができると共に、１画素当たり１個の圧電素子又は電歪素子を備えればよいので、発光表示装置の構成を簡略なものにすることができる。さらに、本例の発光表示装置１Ａは、応力発光体２の表面に保護フィルム３を備えたので、応力発光体２を機械的又は化学的な悪影響から保護することができ、応力発光体ひいては発光表示装置の耐久性を高めることができる。

次に、本発明に係る発光表示装置の第２実施形態を、図４及び図５に基づいて説明する。図４は第２実施形態に係る発光表示装置の断面図、図５は第２実施形態に係る発光表示装置に適用される各種の高分子アクチュエータを例示する図である。

第２実施形態に係る発光表示装置１Ｂは、応力発光体２の裏面側に、第１実施形態の圧電素子５に代えて、高分子アクチュエータ１１を配置したことを特徴とする。

高分子アクチュエータ１１としては、短冊方に形成された４本のイオン伝導形高分子アクチュエータ素子１１ａを柔軟性の樹脂１１ｂ内に等分に埋設して円筒形に成形したもの〔図５（ａ）参照〕、短冊方に形成された４本のイオン伝導形高分子アクチュエータ素子１１ａの両端を柔軟性の樹脂１１ｂ内に等分に埋設して鼓形に成形したもの〔図５（ｂ）参照〕、導電性高分子アクチュエータ素子１１ｃを円柱形に成形したもの〔図５（ｃ）参照〕、導電性高分子アクチュエータ素子１１ｃを樹脂フィルム１１ｄを介して巻回し、円柱形に成形したもの〔図５（ｄ）参照〕等を挙げることができる。イオン伝導形高分子アクチュエータ素子１１ａの表裏両面には電極が形成されており、これらの電極に駆動電圧を印加することにより、高分子アクチュエータ１１を長さ方向に伸縮させることができる。また、導電性高分子アクチュエータ素子１１ｃの表面の２点には電極が形成されており、これらの電極に駆動電圧を印加することにより、高分子アクチュエータ１１を長さ方向に伸縮させることができる。

高分子アクチュエータ１１は、以下に示す原理により、圧力センサとしても機能する。例えば、イオン導電性高分子アクチュエータにおいては、内部のイオン移動が起因となり変位動作を生じること、逆にアクチュエータ素子に外力を加えると、起電力が発生することが知られている。したがって、アクチュエータ素子に外力を加えて変形させると、素子内に引張歪みと圧縮歪みが生じるため、素子内の陽イオンが、引張歪み側に素子内圧力で押されて移動することになる。このとき、素子内に電気的偏りが生じ、引張歪み側に正電圧、圧縮歪み側に負電圧が発生する。なお、引張側及び圧縮側とは、素子を片持ち梁で固定し、外力を加えて湾曲変形させたとき、湾曲の外周側が引張側で、湾曲の内側が圧縮側となる。

その他については、第１実施形態に係る発光表示装置１Ａと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る発光表示装置１Ｂも、第１実施形態に係る発光表示装置１Ａと同様の効果を有する。

第１実施形態に係る発光表示装置の分解斜視図である。第１実施形態に係る発光表示装置の断面図である。は第１実施形態に係る発光表示装置の発光表示状態を示す説明図である。第２実施形態に係る発光表示装置の断面図である。第２実施形態に係る発光表示装置に適用される各種の高分子アクチュエータを例示する図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ発光表示装置
２応力発光体
３保護フィルム
４配線基板
５圧電素子
６制御回路（制御手段）
７記憶回路（記憶手段）
８ドライバ回路
１１高分子アクチュエータ

Claims

機械的外力を受けたときに弾性変形領域で可逆的に発光するフィルム状の応力発光体と、
前記応力発光体の裏面側に配置され、前記応力発光体の裏面側に機械的外力を付与する複数のアクチュエータと、
前記応力発光体の裏面側に配置され、前記応力発光体の表面側に加えられた機械的外力の付与位置を検出する複数の圧力センサと、
前記圧力センサの出力信号から前記応力発光体の表面に加えられた機械的外力の付与位置を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された機械的外力の付与位置に基づいて複数の前記アクチュエータの駆動を制御し、前記応力発光体の裏面側にアクチュエータからの機械的外力を繰り返し付与する制御手段とを備えたことを特徴とする発光表示装置。
前記アクチュエータ及び前記圧力センサを前記フィルム状の応力発光体の面方向に等間隔に配置したことを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
前記アクチュエータ或いは前記圧力センサとして、圧電素子、電歪素子、イオン導電性高分子及び導電性高分子のいずれかからなるものを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光表示装置。
前記アクチュエータが、前記圧力センサとしても機能することを特徴とする請求項１に記載の発光表示装置。
前記応力発光体は、その表面に保護フィルムを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光表示装置。