JPH04166981A

JPH04166981A - ディスプレイ装置

Info

Publication number: JPH04166981A
Application number: JP2293913A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Izumi; 守泉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1992-06-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、２次元に配列した画素を電気的に制御して、
文字や絵を表示するディスプレイ装置に関する。

（従来の技術）従来、平面ディスプレイの−っである液晶ディスプレイ
は、時計や電卓に用いられており、最近ではテレビジョ
ンやパソコン用ディスプレイにも実用化され、多種多様
な分野で利用されている。液晶ディスプレイなどの非発
光型の特徴は、フルカラー表示の品質でプラズマディス
プレイやＥＬ等の平面ディスプレイを凌駕し、平面ディ
スプレイの代表として認識されるに至っている。さらに
液晶ディスプレイは、解像度。

コントラスト及び応答性という物理的特性以外に、見易
さや疲労性などの観点からもディスプレイとして有力な
資質である。

この液晶ディスプレイの問題点としては、コントラスト
が低いことがあげられる。そこでバックライト方式と称
し、ディスプレイの背面に光源を設け、その透過光を制
御する方式で、コントラストを改善することが行われて
いる。しかしながら、バックライト方式では、当然のこ
とながら光源が必要になり、その消費電力や発熱対策に
苦慮している。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、自然光や照明を利用する非　゛発光型
のディスプレイは、見易さ、疲労性などの観点から有望
視されているが、その代表である反射型の液晶ディスプ
レイは、コントラストが不十分である。これを改善した
バックライト方式は、バックライトのために大きな電力
が必要になり、その発熱対策にも問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、バックライトなどの光源を要するこ
となく、十分なコントラストで画像を表示することので
きるディスプレイ装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、液晶などの反射率の差を利用するので
はなく、画素領域の色を直接変える　・ことにより、画
像を表示することにある。

即ち本発明は、基板の表面部を一部除去して形成され、
且つ２次元状に配列された逆錐体状の凹部と、これらの
凹部の底点にそれぞれ設けられた微小な穴と、これらの
穴から凹部内に色の着いた物体を出し入れする手段とを
具備してなるディスプレイ装置であり、前記２次元配列
された凹部を一画素に対応させて画像を表示することを
特徴としている。

また、本発明の望ましい実施態様としては、次の■〜■
があげられる。

■基板としてシリコンを用い、このシリコン基板の表面
に異方性エツチングにより四角錐状の凹部を形成する。

■■の構成に加え、色の着いた物体として液体を用い、
四角錐状の凹部の裏面に設けたポンプにより液体の出し
入れを制御する。

■■の構成に加え、色の着いた物体として穴の径より細
い棒状体を用い、この棒状体を穴に貫通させ、静電力に
より棒の出し入れを制御する。

（作用）本発明によれば、凹部の底点に設けられた微小穴から色
の着いた物体を出し入れすることにより、基板表面側で
はこの物体の色が表示される。そしてこの場合、凹部の
斜面が反射鏡となり凹部の斜面も底点近傍を見通すこと
になるので、凹部全体に色の着いた物体を満たす必要は
なく、底点近傍のみで色の着いた物体を出し入れすれば
よい。従って、色の着いた物体を出入れ駆動するための
駆動源としては、極めて小さなストロークしか必要とし
ない。また、色のドツトを反射光によりみるため外部照
明は必要になるが、画素自体から光を出さないため内部
に光源を必要とせず、そのための電力は必要ない。

さらに、液晶などのように反射率の差を利用して色を表
示するのではなく、色の着いた物体を直接光ることにな
るので、コントラストも十分大きくすることが可能とな
る。

また、基板としてシリコンを用いた場合、一画素に対応
する凹部を結晶の面方位を利用した異方性エツチングに
より四角錐状に形成することができる。この場合、凹部
の形成寸法はμｍオーダで形成することが可能で、極め
て解像度の高いディスプレイが実現できることになる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係わるディスプレイ
装置を示す概略構成図である。（ａ）は本装置の部分拡
大平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図、（ｅ）
は（ｂ）の一部をさらに拡大した断面図である。図中１
０は３枚のシリコンウェハ１１，１２．１３を直接接合
した基板であり、この基板１０の表面側には異方性エツ
チングにより形成した逆回角錐状の凹部１１ａが２次元
配列されている。これらの凹部１１ａは、それぞれ１画
素に相当するものである。基板１０の裏面側には、等方
性エツチングによりお椀型の凹部１３ａが、凹部１１ａ
に対応して２次元配列されている。そして、凹部ｌｌａ
、１３ａは微小穴１２ａを介して接続されている。

具体的には、面方位（１００１のシリコンウエバ１１の
表面に開口部か正方形のマスクを＜１００＞方向に平行
に設け、異方性エツチングを行うことにより、壁面の傾
斜か平面に利して約５５°の角度を持った逆四角錐状の
凹部１．１　ａを形成する。このとき、凹部１１ａの底
部に微小な穴が形成されるように、シリコンウェハ１１
の厚さが決められる。面方位＋１１１１のシリコンウェ
ハ１２に、凹部１１　ａの底部の穴に対応する位置に異
方性エツチングを行い、該穴と同様の大きさの微小穴１
２ａを形成する。

そして、ウェハ１１，１．２を直接接合や静電接合など
の手法により接合する。さらに、シリコンウェハ１３に
等方性エツチングにより厚さ方向に円形に開口したマス
クで凹部１３ａを形成し、この凹部１３　ａの底部は裏
面に貫通するように形成する。そして、上記と同様にし
て、ウェハ１３をウェハ］２に接合する。このようにし
て、凹部１１ａ、１３ａ及び微小穴１．２　ａを有する
基板１０が形成される。

なお、シリコンウェハ］］に逆四角錐状の凹部１１ａを
形成するための異方性エツチングには、例えばヒドラジ
ンと水（５０：　５０）　、シリコンウェハ１２に微小
穴１２ａを形成するための異方性エツチングには、例え
ばヒドラジンと水（５０：　５０）　、シリコンウェハ
１３にお椀型の凹部１３ａを形成するための等方性エツ
チングには、例えばフッ硝酸を用いればよい。

基板］０の表面側には、ガラス板２１が接合され、この
ガラス板２１を通して表示を見るものとなっている。基
板１０の裏面側には、ダイアフラム２２か張り（＝Ｉけ
られている。ダイアフラム２２の形成方法としては、薄
い酸化膜を形成したダイアプラム形成用のシリコンウェ
ハをシリコンウェハ１３に接合したのち、ダイアフラム
形成用のシリコンウェハを除去すればよい。

第１図（ｄ）は、ダイアフラム２２を取り外して基板］
０を下面側から見た状態を示す。

ダイアフラム２２の裏側には、圧電薄膜がスパッタなど
で形成された後、エツチングなどで凹部１１ａ、１３ａ
の２次元配列に対応して残された圧電板２３が配列され
る。図示はしないが圧電板２３の両面には電極が形成さ
れ、各電極は選択的に電圧を印加できるようにアクティ
ブマトリックス回路を構成している。また、シ’Ｊ　コ
ンウェハ１３及びダイアフラム２２て囲マれた空隙には
、後述するようにシリコンウェハ１２の微小穴１．２　
ａの途中まで色（例えば白）の着いた液体が満たされて
いる。

次に、」上記構成された本装置の動作について、第２図
を参照して説明する。

圧電板２３に電圧を印加しない第２図（ａ）の状態では
、ガラス面から見るとシリコンは黒く見える。微小穴１
１ａは白い液体３０のため白く見えるが、黒の面積に比
べ非常に小さいため、全体としては黒く見える。特定の
圧電板２３に電圧を加えると圧電板２３は径方向に縮も
うとするか、弾性板であるダイアフラム２２に接合され
ているため凹面状に変形する。このため、第２図（ｂ）
のように凹部１３ａの液室の体積が減少し、液体３０は
微小穴１２　ａから溢れ凹部１１ａの空隙に盛り」−が
る。ここで、凹部１１．　ａの壁面は鏡面状態となって
おり光を反射する。

また、第３図のように凹部１］ａの壁面の角度は約５５
度と鋭角なため、ガラス面から見た場合は壁面の反射に
より凹部１１ａの底部近傍を覗くことになり、液体３０
が凹部１１　ａの空間内全域に満たされなくとも、凹部
１１　ａの全域か白く見えることになる。

このように本実施例では、圧電板２３の駆動により凹部
１］−ａ内に色の着いた液体３０を出し入れすることに
より、白と黒の画素の組み合わせで絵や文字を表示する
ことができる。また、圧電板２３の変形量を電圧で調整
することにより中間色も表示可能である。さらに、液体
３０の色を複数色使うことにより、カラー画像を表示す
ることも可能である。そしてこの場合、凹部１１ａの斜
面が反射鏡となり凹部１１．　ａの斜面も底点近傍を見
通すことになるので、凹部全体に色の若いた液体３０を
満たす必要はなく、底点近傍のみで色の着いた液体３０
を出し入れすればよい。従って、色の若いた液体３０を
出入れ駆動するための圧電板２３には、極めて小さな変
位しか必要としない。

また、液晶などのように反射率の差を利用して色を表示
するのではなく、色の着いた物体を直接具ることになる
ので、コントラストも十分大きくすることが可能となる
。さらに、色のドツトを反射光によりみるため外部照明
は必要になるが、画素自体から光を出さないため内部に
・　光源を必要とせず、そのための電力は必要ない。

また、シリコンの面方位に依存する異方性エツチングに
より凹部１１ａの寸法をμｍオーダて制御することが可
能であり、極めて解像度の高いディスプレイが実現でき
ることになる。つまり、従来の液晶ディスプレイとは異
なる原理で非発光型の印刷物のように見ることのできる
高精細なディスプレイを実現することができる。

第４図は本発明の第２の実施例の概略構造を示す断面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、液体を
用いずに色の塗り分けられた細い棒４０を逆回角錐状の
凹部１１ａに出し入れして一画素の色を変化させること
にある。

大部分は第１図と同様に構成され、第１図のダイアフラ
ムの部分は変形する必要がないため絶縁層４２となり、
絶縁層４２の裏面には凹部１１ａに対応する位置に電極
４３のみが形成される。これらの配列電極４３も先の実
施例と同様に、図示はしないがアクティブマトリックス
回路を構成して、電極を４３を選択駆動できるようにな
っている。また、ミラーの効果を強くするために、凹部
１１ａの壁面にアルミニウムなどの金属が蒸着されてい
る。

基板１０の空隙部分には、微小穴１２ａを移動できる太
さで、導電性を有する白と黒に塗り分けられた棒４０が
挿入される。この棒４０はシリコンウェハ１２により正
負どちらかに帯電され、電極４３に加える電圧の極性で
反発或いは吸引され、基板面と直交する方向に移動する
ものとなっている。

第４図（ａ）は棒４０か吸引された状態で、棒４０の黒
い部分４０ａのみがミラ一部分（凹部１１ａの壁面）に
位置している。従って、ガラス面側から見ると、凹部１
１ａの全体は黒く見える。第４図（ｂ）は電極４３の極
性を変えて棒４０を反発させた状態で、棒４０の白い部
分４０ｂのみがミラ一部分に位置している。ガラス板４
１には、棒４０の黒い部分４０ａが挿入可能な溝４１ａ
が形成されている。この状態でガラス面側から見ると、
凹部１１ａの全体は白く見え、白と黒の組み合わせで絵
や文字を表示することができる。また、棒４０の白黒の
境界部をミラ一部分に位置するように連続的に制御すれ
ば中間色も表示でき、棒の色を数色用いればカラー表示
も可能である。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では３枚のシリコンウェハの張り合わせに
より基板を構成したが、１枚のシリコンウェハに対して
表面からの異方性エツチング、裏面からの等方性エツチ
ング、微小穴形成のためのエツチングを行うことにより
、同様の構成を実現することも可能である。また、基板
はシリコンに限るものではなく、異方性エツチングによ
り逆錐体状に凹部を形成できる結晶体であればよい。さ
らに、結晶体に限らずいかなる基板にも適用することが
可能である。異方性エツチングなどの手法を利用できな
い場合、機械加工によって逆錐体状の凹部を形成するこ
とになるが、大面積の基板であれば同等問題はない。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

［発明の効果コ以上詳述したように本発明によれば、液晶などの反射率
の差を利用するのではなく、画素領域の色を直接変える
ことにより画像を表示しているので、バックライトなど
の光源を要することなく、十分なコントラストで画像を
表示することのできるディスプレイ装置を実現すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるディスプレイ装
置を示す概略構成図、第２図及び第３図は同実施例の作
用を説明するための模式図、第４図は本発明の第２の実
施例を示す概略構成図である。１０・・基板、１、１．、　１２．　１．３・・シリコンウェハ、１１
ａ、１３ａ・・・凹部、１２ａ・・・微小穴、２１、．４１・・ガラス板、２２・・・ダイアフラム、２３・・・圧電板、３０・・色の着いた液体、４０・色の着いた棒、４２・・絶縁層、４３・・・電極。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦ワ、−ＯＨ

Claims

【特許請求の範囲】基板の表面部を一部除去して形成され、且つ２次元状に
配列された逆錐体状の凹部と、これらの凹部の底点にそ
れぞれ設けられた微小な穴と、これらの穴から凹部内に
色の着いた物体を出し入れする手段とを具備してなり、前記２次元配列された凹部を一画素に対応させて画像を
表示することを特徴とするディスプレイ装置。