JP5240989B2 - 電気活性高分子を利用した反射ユニット及びフレキシブル・ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、電気活性高分子を利用した反射ユニット及びフレキシブル・ディスプレイに関し、より詳細には、電圧が印加されることにより変形する電気活性高分子を利用した反射ユニット、および該反射ユニットを採用した、入力信号に対する反応速度が速く、コントラストが向上したフレキシブル・ディスプレイに関する。

近来、通信技術及びディスプレイ装置の発達によって、携帯用端末機が多数開発されている。携帯用端末機としては、例えばＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ＰＭＰ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｐｌａｙｅｒ）、ＤＭＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）などがある。携帯用端末機は、発光型ディスプレイ、またはバックライトを利用する受光型ディスプレイを使用する。

近来、電気的充電を不要として便利に使用できるように、太陽光や、外部照明光を利用して映像を表示するディスプレイへの関心が高まっている。しかし、太陽光や外部照明光を利用するディスプレイの場合、コントラストが落ち、かつ映像入力信号に対する応答速度が遅く、動映像を具現し難いという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、外光の反射光量を調節できる反射ユニットを提供することを目的とする。

また、本発明は、映像入力信号に対する応答速度が速く、コントラストが向上したフレキシブル・ディスプレイを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、外光を利用して映像を表示するディスプレイを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために本発明は、電極から電圧が印加されることにより変形する電気活性高分子層と、電気活性高分子層上で互いに離隔させて配列させた、外光を反射させる複数の反射セルを有する光反射部と、光反射部の上部に互いに離隔させて配列させた、外光を遮断する複数の遮断セルを有する光遮断部と、を備え、反射セル間の間隔は電気活性高分子層が変形することによって変わることを特徴とする。

反射セルは、マイクロ反射ミラーからなりうる。

反射セルの間に、外光を反射せずに遮断するサブ遮断セルをさらに備えうる。

光反射部と光遮断部は、同じ媒質内に備えうる。

光遮断部は光反射部から離隔されて配置されうる。

光反射部は、電気活性高分子層に電圧が印加されないとき、外光が光反射部によって反射されずに、光遮断部によって遮断されるように光反射部をなす反射セルが光遮断部をなす遮断セルの背面にそれぞれ対向して配置されうる。

電極は、電気活性高分子層の下部に備わった第１電極と、上部に備わった第２電極と、を備えうる。

電極は、電気活性高分子層の変形によって共に変形するフレキシブルな材質からなりうる。

電気活性高分子層は、０．００１〜１００μｍの厚さを有しうる。

本発明に係る反射ユニットと、これを有するフレキシブル・ディスプレイは、電気活性高分子層を変形させることによって外光の反射量を調節し、階調を表現することによって映像を表示する。電気活性高分子層の上部に光反射部を備え、光反射部に対向するように光遮断部を備え、電気活性高分子層を変形させることによって光反射部と光遮断部との位置的変位を発生させ、これにより反射光量を調節してコントラストを向上させる。また、電気活性高分子の応答速度が速いので、動映像を容易に表示できる。

以下、本発明の望ましい実施形態に係る、電気活性高分子を利用した反射ユニット、およびフレキシブル・ディスプレイについて、添付した図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る反射ユニットは、図１に示すように、電圧印加時に変形を起こす電気活性高分子層１０７と、電気活性高分子層１０７の変形によって共に変形し、外光を反射させる光反射部１１５と、光反射部１１５の上部に設けられ、外光を反射させないようにするための光遮断部１１８とを備える。

光反射部１１５は、外光を反射させるためのものであり、電気活性高分子層上に互いに離隔されて配列された複数の反射セル１１５ａを有し、反射セル１１５ａは、電気活性高分子層の変形によってその間隔が変わる。光遮断部１１８は、外光が反射されないように遮断するためのものであり、光反射部の上部に互いに離隔して配列された複数の遮断セル１１８ａを有する。

本発明に係る反射ユニットは、電気活性高分子層１０７に印加される電圧を調節して光の反射光量を調節する。電気活性高分子層１０７は、電圧が供給されれば変形（ｓｔｒａｉｎ）が発生する性質を有する。電気活性高分子層１０７に電圧を供給するために、第１電極１０５と第２電極１１０とを備える。電気活性高分子層１０７に電圧が印加されれば、第１電極１０５と第２電極１１０との間に発生した電場により高分子に応力（ｓｔｒｅｓｓ）が誘導され、この応力が高分子の変形（ｓｔｒａｉｎ）を誘発する。電気活性高分子層の可能な限り広い面積に電場が発生するように、第１電極１０５は、電気活性高分子層１０７の下部に、第２電極１１０は、電気活性高分子層１０７の上部に設けられうる。そして、第１電極１０５と第２電極１１０は、電気活性高分子層の変形によって共に変形しうる柔軟性のある（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）材質によって形成されうる。電気活性高分子に関する特性は、Ｒ． Ｐｅｌｒｉｎｅ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２８７， ８３６（２０００）に開示されている。電気活性高分子層に変形の発生する程度は、高分子の種類によって異なり、高分子種類による変形程度の例を下記表１に示した。

電気活性高分子が変形する程度を高めるために、予備変形（ｐｒｅｓｔｒａｉｎ）を与える。円形（Ｃｉｒｃｕｌａｒ）と線形（Ｌｉｎｅａｒ）の予備変形を与えると、電気活性高分子の面積が増大する。図２は、電気活性高分子に電圧を印加する前と印加した後とを比較したものである。円形の予備変形後に電圧を印加すると、電気活性高分子の面積が増大し、これによって電極が拡張されることが示されている。図３は、電気活性高分子に線形変形後に電圧を印加したとき、ＡからＢに、そしてＣからＤに面積が拡張されたところを示している。

光反射部１１５は、電気活性高分子層１０７の上部に設けられ、電気活性高分子層１０７の変形によって共に変形することにより、反射セル１１５ａ間の間隔が変わる。反射セル１１５ａは、例えばマイクロ反射ミラーによって形成されうる。第２電極１１０が電気活性高分子層１０７の上部に設けられる場合には、光反射部１１５は第２電極１１０上に配置されうる。第２電極１１０上に支持層１１３が備わる場合には、光反射部１１５は支持層１１３上に配置されうる。支持層１１３は、電気活性高分子によって形成されうる。

光遮断部１１８は、光反射部１１５の反射セル１１５ａと対向して配置された複数個の遮断セル１１８ａを備えることができる。遮断セル１１８ａは、一定の間隔に離隔されて配列されており、電気活性高分子層に電圧が印加されないとき、外光が光反射部によって反射されずに、光遮断部によって遮断されるように、それぞれの反射セルがそれぞれの遮断セルの背面に対向されるように配置される。遮断セル１１８ａは、光を吸収して光の進行を防止する。光遮断部１１８は、光反射部１１５と離して配置され、光反射部１１５と光遮断部１１８との間の空間は、低反射性の材料１２０によって充填されうる。低反射性の材料１２０は、屈折率整合剤（Ｉｎｄｅｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）によって構成されうる。

次に、本発明に係る反射ユニットにおいて、電気活性高分子層１０７の変形によって反射光量が変わる作用について説明する。

図４Ａは、電気活性高分子層１０７に電圧が印加されていない状態を図示したものである。反射セル１１５ａと遮断セル１１８ａとを互いに対向させて配列している。すなわち、反射セル１１５ａと遮断セル１１８ａとの中心軸が一致するように配列されている。このような配列構造では、外部から入射された光Ｌが遮断セル１１８ａで吸収されることにより、または、遮断セル１１８ａの間から進行した光が反射セル１１５ａにより反射された後、遮断セル１１８ａで吸収されることによりブラックが表示される。遮断セル１１８ａは、光を吸収する材質から形成され、反射セル１１５ａおよび遮断セル１１８ａの幅は同じに形成されうる。

図４Ｂは、電気活性高分子層１０７に第１電圧（Ｖ１）が印加された状態を図示したものであり、第１電圧（Ｖ１）の印加によって、電気活性高分子層１０７が変形し、この変形に連動されて反射セル１１５ａが引き伸ばされる。ここで、光反射部１１５は変形される一方、光遮断部１１８は変形されないので、光反射部１１５と光遮断部１１８との間に、相対的に変位が生じる。従って、反射セル１１５ａの中心軸と遮断セル１１８ａの中心軸との位置が互いに異なることになる。このような配列構造では、外光Ｌのうち一部の光が遮断セル１１８ａの間に進行し、反射セル１１５ａで反射されて外部に出力される。

電圧が印加されないときの隣接する反射セル１１５ａ間の間隔をｄ_ｏとすれば、電圧Ｖが印加されるとき、隣接する反射セル間の間隔ｄは、下記数式１の通り変わる。

ここで、εは反射セルの誘電定数、ε_０は空気の誘電定数、Ｙはヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓ Ｍｏｄｕｌｅｓ）、ｔは第１電極１０５と第２電極１１０との間の間隔（図１参照）を示す。隣接する反射セル間の間隔は、電気活性高分子層に印加される電圧Ｖと、第１電極と第２電極との間の間隔とを変化させて調節できる。電圧Ｖが大きくなれば、反射セル間の間隔ｄが大きくなり、第１電極と第２電極との間の間隔ｔが大きくなれば、反射セル間の間隔ｄが小さくなる。電気活性高分子層の厚さが厚ければ、高電圧を印加してはじめて変形が起きるので、電気活性高分子層の厚さを０．００１〜１００μｍの範囲とする。

図４Ｃは、第１電圧（Ｖ１）より大きい第２電圧（Ｖ２）が印加された状態を図示したものであり、第２電圧（Ｖ２）の印加によって、電気活性高分子層１０７が変形し、この変形によって、反射セル１１５ａが引き伸ばされる。第２電圧（Ｖ２）が印加されたときの電気活性高分子層１０７の変形量は、第１電圧（Ｖ１）が印加されたときの電気活性高分子層１０７の変形量より大きい。従って、第２電圧が印加されたときの反射セル１１５ａの変形量は第１電圧が印加されたときのそれに比べて大きい。反射セル１１５ａの変形量が大きくなることにより、遮断セル１１８ａ間に進む光の多くの量が反射セル１１５ａで反射されて外部に出力される。

図５は、本発明に係る反射ユニットの変形例であり、反射セル１１５ａ間にサブ遮断セル１１６をさらに具備している。サブ遮断セル１１６は、ブラックを表示するとき、遮断セル１１８ａの間から入射した外光が反射セル１１５ａの間で反射されることを防止するために備えうる。

本発明に係るフレキシブル・ディスプレイは、前述したような反射ユニットを具備して階調を表現する。言い換えれば、本発明に係るフレキシブル・ディスプレイは、電圧印加時に変形（ｓｔｒａｉｎ）を起こす電気活性高分子（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）を利用して光の反射光量を調節することによって、階調（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）を表現する。ディスプレイは、複数個の画素からなり、画素ごとに入力信号によって反射光量が異ならせることによって映像を表示する。本発明に係るフレキシブル・ディスプレイは、太陽光や照明光のような外光を反射させて映像を表示する。

図６は、本発明に係るフレキシブル・ディスプレイの１つの画素を図示したものであり、第１基板１００と、第１基板１００上に備えた電気活性高分子層１０７と、電気活性高分子層１０７の上部に備えた光反射部１１５と、光反射部１１５の上部に備えた光遮断部１１８とを備える。第１基板１００と電気活性高分子層１０７との間には、絶縁層１０３をさらに備えうる。電気活性高分子層１０７の上部には、第２基板１２３を備え、第２基板１２３は、光が透過できるように透明な材質によって形成される。第２基板１２３は、例えば、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ガラスなどから形成されうる。

図１を参照して説明した通り、電気活性高分子層１０７に印加される電圧の大きさを調節し、反射部１１５での反射光量を調節することによって、各画素の階調を表現できる。すなわち、画素別に必要な階調に対応した、光反射部１１５と光吸収部１１８との間のずれの（ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄ）長さを調節し、所望の階調表現を具現できる。

図７は、本発明に係るフレキシブル・ディスプレイの他の変形例であり、図６と比較すると、第２基板１２３の下部に第１反射防止層１２１が備わり、第２基板１２３の上部に第２反射防止層１２５が備わる。第１反射防止層１２１と第２反射防止層１２５は、外部から入射される光が光反射部１１５に至る前に反射されることを防止することにより、光反射部１１５に入射される光量を増加させるためのものである。

本発明では、電気活性高分子層１０７の反応速度が速いため、動映像を具現することが困難でなく、電圧によって電気活性高分子の変形量を容易に調節でき、変形量によって光反射量を調節できるので、コントラストを向上させることができる。

以上、本発明に係る反射ユニットおよびフレキシブル・ディスプレイを、実施形態をもとに説明したが、これらの実施形態は、例示的なものにすぎず、当技術分野の当業者ならば、これらから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。すなわち、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によって決まるものである。

本発明の電気活性高分子を利用した反射ユニットおよびフレキシブル・ディスプレイは、例えば、ディスプレイ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

本発明の望ましい実施形態に係る、電気活性高分子を利用した反射ユニットを示す図面である。 本発明に係るフレキシブル・ディスプレイに含まれる電気活性高分子に電圧を印加したときに、円形の変形の起こるところを示す図面である。 本発明のフレキシブル・ディスプレイに含まれる電気活性高分子に電圧を印加したときに、線形の変形が起こるところを示す図面である。 本発明に係るフレキシブル・ディスプレイに電圧が印加されていないときの光反射部と光遮断部との配列関係を示す図面である。 本発明に係るフレキシブル・ディスプレイに第１電圧（Ｖ１）が印加されたときの光反射部と光遮断部との配列関係を示す図面である。 本発明に係るフレキシブル・ディスプレイに第１電圧より大きい第２電圧（Ｖ２）が印加されたときの光反射部と光遮断部との配列関係を示した図面である。 本発明の望ましい実施形態に係る電気活性高分子を利用した反射ユニットの変形例を示した図面である。 本発明の実施形態に係る電気活性高分子を利用したフレキシブル・ディスプレイの１画素の断面図を示した図面である。 本発明の他の実施形態に係るフレキシブル・ディスプレイの１画素の変形例を示した図面である。

符号の説明

１００ 第１基板、
１０３ 絶縁層、
１０５ 第１電極、
１０７ 高分子層、
１１０ 第２電極、
１１３ 支持層、
１１５ 光反射部、
１１５ａ 反射セル、
１１６ サブ遮断セル、
１１８ 光遮断部、
１１８ａ 遮断セル、
１２０ 低反射性の材料、
１２１ 第１反射防止層、
１２３ 第２基板、
１２５ 第２反射防止層、
Ｌ 光、
ｄ 反射セル間の間隙、
Ｖ 電圧、
ｔ 第１電極と第２電極との間の間隙。

Claims (10)

1. 電極から電圧が印加されることにより変形する電気活性高分子層と、
   前記電気活性高分子層上で互いに離隔させて配列させた、外光を反射させる複数の反射セルを有する光反射部と、
   前記光反射部の上部に互いに離隔させて配列させた、外光を遮断する複数の遮断セルを有する光遮断部と、
   を備え、前記反射セル間の間隔は前記電気活性高分子層が変形することによって変わることを特徴とする電気活性高分子を利用した反射ユニット。
2. 前記反射セルは、マイクロ反射ミラーからなることを特徴とする請求項１に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
3. 前記反射セルの間に、外光を反射せずに遮断するサブ遮断セルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
4. 前記光反射部と前記光遮断部は、同じ媒質内に備えることを特徴とする請求項１に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
5. 前記媒質は、屈折率整合剤からなることを特徴とする請求項４に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
6. 前記光遮断部は前記光反射部から離隔されて配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
7. 前記光反射部は、前記電気活性高分子層に電圧が印加されないとき、外光が前記光反射部によって反射されずに、前記光遮断部によって遮断されるように前記光反射部をなす反射セルが前記光遮断部をなす遮断セルの背面にそれぞれ対向して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
8. 前記電極は、前記電気活性高分子層の下部に備わった第１電極と、上部に備わった第２電極と、を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
9. 前記電極は、前記電気活性高分子層の変形によって共に変形する柔軟性のある材質からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気活性高分子を利用した反射ユニット。
10. 複数の画素を有するフレキシブル・ディスプレイであって、
    前記画素は、
    電圧が印加されることにより変形する電気活性高分子層と、
    前記電気活性高分子層上で互いに離隔させて配列させた、外光を反射させる複数の反射セルを有する光反射部と、
    前記光反射部の上部に互いに離隔させて配列させた、外光を遮断する複数の遮断セルを有する光遮断部と、を有し、
    前記反射セル間の間隔は前記電気活性高分子層が変形することによって変わることを特徴とする、フレキシブル・ディスプレイ。