JPS5810787A - 小型表示装置 - Google Patents

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】 本発明は一般に表示装置に関し、特に、電卓および電子
時計のような電池を動作電圧源とする携帯用機器に用い
ることがｔきる表示セルをつくりだすための静電型小型
表示装置に関する。

外観が魅力的で、低い電源電圧で動作し、電力消費レイ
ルが非常に低く、しかも廉価に製作することが１きる表
示装置の発明および開発に相当の努力が払われてきた。

電子回路、特にＣＭＯＢ集積回路の電力消費レベルが低
下し、表示部ｆ消費される電力量が全電力消費量と比較
して無視し得なくなった現在、液晶表示デノ々イスは、
上記のような条件を満たせなくなった。さら（二、この
ような装置もしくはデバイスは制御が複雑マあり、その
コントラストや美観は望ましいほどに好適〒はない。

電力消費し堅ルが低い表示装置もしくはデ・マイ１の中
１も、米国カリホルニア州キューペルチノ（Ｃｕｐｅｒ
ｔｌｎｏ　）所在のＤｉｓｐｌａｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
　−ｇ７０ｏｒｐｒａｔｉｏｎ社発行によるＷ、Ｒ１Ａ
ｉｋｆ３ｒ＋著の文献「Ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ
ｉｃ　Ｓｉｇｎ−Ｔｈｅ　Ｄｉｓｔｅｃ日ｙｓｔｅｍ　
Ｊ　ｉ：記述されているような「ＴｈｅＤｉｓ−ｔｅｃ
　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｊとして知られている装置を挙げるこ
とが↑きよう。この装置は、公告用・ξネルまたは大寸
法の記号表示に用いられている。この装置は、ヒンジに
よって軸から懸垂されたシャッタ要素により形成される
モジュールを備え、シャッタ要素は電極系により印加さ
れる電界の作用により回転することがｔきる。制御電圧
は約３０００ｙＮルトである。しかしながら、この装置
を制御電圧の低い小型表示装置の製作に適用することが
できる、と言うような示唆はこれまｆのところ何んらな
されていない。

また、電界または電子ビームの作用下〒変形可能であり
、集積回路の製造法から導出される方法〒製作すること
が１きる膜を用いた光変調デノ々イスも知られている。

この変調デ・々イスは例えば米国特許第３６００７９．
８号および第３８８６３１０号明細書に記述されている
。第１番目に述べた米国特許には、電界の作用を受けて
膜が変形することにより透過光量を変調するための装置
が開示されており、他方第２番目に述べた米国特許には
、電子ビームの作用による膜の変形によって光の反射角
を変えるための装置が開示されている。しかしながら、
これら装置のいずれも表示９装置を構成してはおらず、
いずれの場合にも膜の運動振幅が非常に小さく、従って
装置に補助光源を設けることが必要！ある。

本発明の１つの目的は、電力消費レベルが非常に低く、
コントラストが卓越しており、低い電源電圧１動作し、
しかも集積回路技術を用いて製造することが１きる小型
表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、制御を多重化することが１きる小
型表示装置を提供することにある。

本発明によれば、上記の目的を達成するために、次のよ
うな表示装置が提案される。即ち、付けられたシャッタ
要素とが設けられている。

シャッタ要素は静止状態１キヤビテイを閉鎖し、電界の
作用を受けて回転する時にはキャビティを開くことが１
きる。表示装置はキャビティごとに少くとも１対のシャ
ッタ要素を有し、各シャッタ素子は２つの弾性取付は手
段によって担体に取付けられている。弾性取付は手段は
、シャッタ素子の各側部に、同じ対の他のシャッタ素子
に隣接する側部とアライメント（位置合せ（整合））さ
せて配置されている。また表示装置は電界を発生する制
御手段を有し、この電界が１つあるいはそれ以上の対の
シャッタ要素を回転させる。表示装置はさらに保持手段
を有し、この保持手段は、シャッタ要素を回転させるの
に必要な上述の電界が存在しない時にも、ある対の２つ
のシャッタ要素を動作状態に留めておく。

本発明の他の目的および利点は、添付図面に単なる例と
して示す本発明の特定の実施例に関する以下の説明力１
ら一層明瞭になろう。

第１図は、本発明による表示装置の１部を示す略図１あ
る。絶縁支持体もしくは担体１には、はぼ矩形状をした
複数の凹部もしくはキャピテイ２が設けられている。キ
ャビティは、閉鎖もしくはシャッタ要素Ｖによって閉鎖
されている。これらシャッタ要素Ｖも矩形の形状をして
おり、シャッタ要素の各側部に設けられている２つの弾
性の取付は手段３によって担体ｌに取付けられている。

閉鎖要素もしくはシャッタ要素Ｖは対をなしており、同
じ対に属するシャッタ要素の弾性取付は手段は該シャッ
タ要素の隣接する側部と並べて配設されている。シャッ
タ要素■およびその取付は手段は、少なくとも部分的に
導電性材料によって形成されている。シャッタ要素の同
じ列において、各対の１つのシャッタ要素は第１の電極
ａ１またはａ２に接続されており、他のシャッタ要素は
第２の電極ｂｌまたはｂ２に接続されている。シャッタ
要素対からなる各行と関連して、対向電極もしくは制御
電極Ｃ５ないしＣ４が設けられており、これら電極は図
示のようにキャビティもしくは凹部２の底部〒１各シャ
ッタ要素対に面するように配置することがｆきる。

第１図に示した表示装置は次のような仕方〒動作する。

直流電圧あるいは交流電圧とすることがｆきる制御電圧
が、シャッタ要素■とそれに関連の制御電極との間に印
加されると、シャッタ要素はその休止位置から変位し、
制御電圧が発生する電界Ｅの作用下１弾性取付は手段３
を中心に回転して、担体の平面に対し実質的に垂直に配
位する位置を取る。シャッタ要素が回転変位する角度は
、発生する電界の強さならびにシャッタ要素がその休止
位置から変位した時に、シャッタ要素の弾性取付は手段
が発生する回転トルクに依存する。１対のシャッタ要素
が作動すると、その対のシャッタ要素は互いに極く接近
し、シャッタ要素間即ち電極ａ１およびｂｌまたはａ２
およびｂ２間（と保持電圧が印加され、それによってシ
ャッタ要素は互いに吸引し合い、その結果制御電圧を取
払うことができる。シャッタ要素Ｖは、制御電圧および
保持電圧が取払われる時に、弾性取付は手段３によって
発生される戻しトルクにより、担体１の平面に対し平行
な休止位置に戻る。

後述するように、上述のシャッタ要素の制御および保持
機構は、本発明による装置の多重制御を可能にすると言
う利点を有する。

次に第２図および第３図を参照して、多重制御の１例に
関し詳細に説明する。

第２図は、３つの列および３つの行に配列された９つの
表示装置１Ｅ、１ないしＥ３３のマトリックス配列を示
す略図ｆある。各′表示素子は、少なくとも一対のシャ
ッタ要素から構成されており、そのうちの１つのシャッ
タ要素は第１の列電極ａ１、ａ２またはａ３に接続され
、他のシャッタ要素は、第２の列電極ｂｌ、ｂ２または
ｂ３に接続されている。所与の行の素子は、同じ制御電
極Ｃ、ＣまたはＣ３によって制御される。第３２ 図には、第２図に示した素子Ｅ１□、Ｅ２□、Ｅ２３お
よびＥ３□の表示を可能にするために、列電極および行
電極に印加される信号の１例を示す信号波形図が示され
ている。時点ｔ。においては、全ぺての素子は零にリセ
ットされている。この−状態から出発して、時点ｔ。か
ら時点ｔ３の間で、３つの列が時系列的に付活される。

即ち時点１ｏとｔｌとの間では、電圧ｖｓおよびＶＳ、
−ＶＭがそれぞれ列電極ａ１およびｂｌに印加され、時
点ｔ１とｔ２の間ｆは列電極ａ２およびｂ２に印加され
、そして時点ｔ２とｔ３との間で列電極極ａ３およびｂ
３に印加される。所与の列の１つまたは複数の素子の表
示は、該列の付活と同時に対応の制御電極（単数または
複数）に電圧−ＶＳを印加することによって制御される
。所与の列の素子の表示は、当該列が付活されている期
間外には、列電極間に印加される保持電圧ＶＭによって
維持される。図示の実施例においては、表示が零にリセ
ットされない限り、保持電圧は連続的に存在する。実際
上、所与の列に対しては、保持電圧は当該列の付活期間
外にのみ、当該列の素子を表示したい場合に限り要求さ
れるものである。電圧■Ｓは、シャッタ要素を完全に回
転せしめるのには不充分子はあるが、該電圧ＶＳの２倍
値即ち２’ＶＳでシャッタ要素は完全に回転せしめられ
るように選ばれている（シャッタ要素を保持電圧によっ
て保持することがｆきる場合にはシャッタ要素は完全に
回転していることになる）。したがって、成る１つの素
子を表示しない場合には、当該素子のシャッタ要素が接
続されている列電極には、電圧ＶＳが印加され、第２の
電極には電圧ＶＭが印加され、他方その制御電極は零電
位に維持される。

シャッタ要素Ｖは導電性！なければならない。追って明
らかになるように、この点に関する有利な解決策は、シ
リコンのような絶縁支持体もしくは担体の上にアルミニ
ウムのシャッタ要素を設けることである。しかしながら
、同じ対のシャッタ要素が互いに決して電気接触しない
ようにするための手段を設けなければならないことを理
解される一ｒ！あろう。次に第４ａ図および第４ｂ図を
参照してこのような手段の１つについて説明する。

第４ａ図は、リブ３１および弾性取付は手段３が設けら
れている１つのシャッタ要素Ｖを示し、第４ｂ図は第４
ａ図における線Ａ−Ａに沿う断面図を示す。

第４ａ図から明らかなように、シャッタ要素Ｖの１部は
導電性材料（例えばアルミニウム）から形成されており
、他の部分は絶縁性材料（例えばフッ化マグネシウム）
から形成されている。導電性部分は、シャッタ要素の上
部全体を包摂し、他方絶縁部分はシャッタ要素の下部１
リブ３１の領域にだけ存在する。リブ３１″は、同じ対
の２つのシャッタ要素系作動した時に、その絶縁部分が
、互いに面し合い、それによりシャッタ要素の導電性部
分間に間隔が固定的に設定されるように配置されている
。したがってリブを設けることにより、同じ対のシャッ
タ要素を絶縁することが可能となる、また堅牢なシャッ
タ要素を実現干きると言う利点ならびにその美観を高め
ることがｆきると言う利点も得られる。

同じ対に属するシャッタ要素間の電気接触を回避する他
の方法として、凹部もしくはキャビティの底部にストン
・９手段を設けることが考えられる。このストッパ手段
は、キャピテイもしくは凹部の底部に設けられたゼス４
（第５図および第６図参照）によって形成することがで
き、このゼス４はシャッタの回転軸の下側に延在し、そ
の幅・は同じ対の２つのシャッタ要素間の間隔にほぼ等
しく選ばれている。

第５図は本発明による表示装置の１部分を示す横断面図
′ｔ％ある。なお第５図において、第１図に示したもの
と同じ要素は同じ参照番号で示しである。第５図にも、
凹部もしくはキャビティ２が設けられている絶縁担体１
が示されている。また、シャッタ要素■１およびｖ２も
示されており、そのうち１つのシャッタ要素ｖ１は作動
位置ｆ示されており、他のシャッタ要素Ｖ２は休止位置
で示されている。担体１は、透明の板７上に載置され、
該透明の板７の内面には、それ自体透明１％ある制御電
極Ｃ−が担持されている。

透明な板７の外面は、光吸収材料からなる層８によって
優われている。装置の上面は、スペーサ要素（間隔要素
）９により適当な間隔１保持されている第２の透明板６
により保護されている。

透明板６および７ならびにスペーサ要素９は、装置のた
めの保護室を形成し、この室は密封することが１きる。

例えば、透明壁をガラスから形成し、そしてスペーサ要
素をプラスチック材料力）ら形成することが〒きる。第
５図にはまた弾性取付は手段３の下側１担体１に設けら
れている間隙凹部が示されている。との凹部５の目的は
、弾性取付は手段のための支持体としての働きをさせる
ことおよびシャッタ要素の下向きの運動を制限して該シ
ャッタ要素がキャビティの底部に接触しないようにする
ことｆある。

また第５図には、既述のスト７７９手段の１つが示され
ている。図示のストッパ手段は、各キャビティ２の底部
に形成されたゼス４から構成されてオリ、所与の対のシ
ャッタ要素が作動された位置ｆ互いに接触するのを阻止
する働きをする。第５図にはまた、入射光Ｌ工が休止位
置にあるシャッタ要素、例えばｖ２によって反射された
り、シャッタ要素例えばＶｌが作動された位置にある時
に、光吸収性材料からなる層８により吸収される模様が
示されている。

第６図は、本発明の別の実施例の１部を示す断面図１あ
る。この実施例においては、各制御電極は実際上２つの
電極によって形成されている。即ち電極Ｃ′１およびＣ
１が、ｖ′１およびｖ″１のようなシャッタ要素の第１
の行を制御するための電極を形成しておジ、Ｃ２および
Ｃ２が、Ｖ２およびＶ−のようなシャッタ要素の第２の
行を制御するための電極を形成し、以下同様フある。

電極Ｃ；にはシャッタ要素ｖ′１が組合わされており、
そして電極Ｃ１にはシャッタ要素Ｊ１が組合わされてい
る。一対のシャッタ要素ｖ′１および■１は、例えば、
シャッタ要素ｖ′１　に電圧（ＶＳ−Ｖ、Ｍ／２）を印
加し、制御電極Ｃ’１Ｊ：：電圧（−ＶＳ−ＶＭ／２）
を印加し、シャッタ要素ｖ１　に電圧（ＶＳ＋ＶＭ／２
）を印加し、そして制御電圧Ｃ１に電圧（−ＶＳ＋ＶＭ
／２）を印加することによって作動する。この実施−に
おいては、既述の実施例の場合とは異なり、シャッタ要
素とその制御電極との間には同じ電位差２ＶＳが存在す
る。制御電圧は、２つの別個の対に属し隣接する２つの
シャッタ要素間に保持電圧ＶＭが生じないようにするた
めに、１つの対と次の対とで極性を逆にすることが〒き
る。したがって、シャッタ要素■′１および、４の対に
関して上に述べた電圧を用いるｋすれば、シャッタ要素
ｖ２およびｖ２ニはそれぞれ電位（ＶＳ＋ＶＭ／２）お
よび（ＶＳ−ＶＭ／２）が印加され、他方、電極Ｃ′２
およびＣ“２にはそれぞれ電位（−ＶＳ４ＶＭ／２）お
よび（−ＶＳ−ＶＭ／、２）が印加される。

第６図に示した装置の別の有利な制御方法として、電圧
子ｖＳをシャッタ要素ｖ′１および制御電極Ｃ−に印加
し、そして電圧−ｖＳをシャッタ要素ｖ１制御電極Ｃ′
、に印加することが１きる。

その場合シャッタ要素は、’２ＶＳに等しい電圧によっ
て作動し、そして制御電極が零電圧に戻った場合でも作
動位置に保持される。

第６図はまた、吸収材料層が存在しない場合に、装置を
透過モーＦ″ｆも使用ｆきることを示している。この場
合には、シャッタ要素は光学的弁手段として働き、シャ
ッタ要素が作動位置にある時゛には入射光を通過させ、
そして休止位置にある時には入射光を反射するように働
く。

本発明による装置は、電子集積回路技術を用いて有利°
に製造することが１きる。この場合には、担体はシリコ
ン・ウエーノ・とする。シャッタ、誼シャッタ要素の弾
性取付手段および列電極は、約５０ないし２００す一ノ
メータ厚さのアルミニウム層をウェーハの第１の面上に
付着しエツチングすることにより作られる。シャッタ要
素がリブを有する場合には、アルミニウムを付着スル前
にウェーハをエツチングして、しかる後に絶縁層（Ｍｇ
Ｆ２）を付着しエツチングする。

次いで、シリコン・ウェーハの第２の面を侵蝕すること
によってキャピテイを形成する。この侵蝕がシャッタ要
素の下面に達したならば侵蝕処堤を停止してシャッタ要
素を解放する。各凹付着され□るガラス板により、液晶
表示装置と関連した゛周知の方法を用いて形成すること
がｔきる０ 本発明による装置は、シリコン以外の基材を用いて製造
することもｆきる。例えば担体を、サファイアまたは「
Ｋａｐｔｏｎ　Ｊまたは「Ｍｙｌａｒ　Ｊの商品名１市
販されているようなプラスチック材料等の絶縁材料とす
ることがｆきる。

以上本発明を特定の実施例を参照して説明したが、本発
明はこれら実施例に限られるもの１はなく、本発明の範
囲から逸脱せずに変形および変更が可能であることは容
易に理解されるであろう。特に、本発明による装置は、
各点を１つまたは２つ以上の対のシャッタ要素力１ら形
成した点マトリックス形態、あるいはまた複数対のシャ
ッタ要素によって形成されたセグメント形態１製造する
ことが１きる。さらにまた半導体材料ウェーハを用いる
ことＣ二より、表示回路およびその制御回路を同時に製
作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による表示装置の１部分を示す略図、第
２図は表示用素子のマトリックス配列もしくはプレイに
おける表示の１例を示し、第３図は第２図に示した表示
を発生するための゛制御電圧および保持電圧の信号波形
図であり、第４ａ図および第４ｂ図はシャッタ要素の１
実施例を示し、第５図は本発明による表示装置の１部分
を示す横断面図、そして第６図は本発明による表示装置
の他の実施例を示す横断面略図１ある。 １・・・担体、２・・・キャ□ビテイ、■・・・シャッ
タ要素、３・・・弾性取付は手段、３１・・・リブ、４
・・・Ｉス、６，７・・・透明板、８・・・光吸収材料
層、９・・・スペーサ要素

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　キセビテイと、弾性取付は手段によって担体に取
   り付けられたシャッタ要素とが設けられている担体を備
   え、前記シャッタ要素が休止状態ｆ前記キャビティを閉
   鎖して、電界の作用下１回転して該キャビティを開くこ
   とができる小型表示装置（＝おいて、各キャピテイ毎に
   少なくとも１対のシャッタ要素を有し、ある対の各シャ
   ッタ要素は、２つの弾性取付け・手段により前記担体に
   保持され、該弾性取付は手段は、シャッタ要素の各側部
   に前記対の他のシャッタ要素と隣接する側部とアライン
   メントさせて配置され、また、１つまたは２つ以上の対
   のシャッタ要素を回転させることができる電界を発生す
   るための制御手段が設けられ、さらに１つの対の２つの
   シャッタ要素を回転させるのに必要とされる前記電界が
   存在しない場合に該対の２つのシャッタ要素を作動状態
   に保持するための保持手段を備えていることを特徴とす
   る小型表示装置。 ２、前記制御手段が、前記シャッタ要素上（二装置され
   た第１の電極と、前記キャビティの底部に配置された第
   ２の電極と、前記第１および第２の電極間に制御電圧を
   印加するための手段から成る特許請求の範囲第１項記載
   の小型表示装置。 ３　前記保持手段が、ある対の２つのシャッタ要素の電
   極間に保持電圧を印加するための手段と、前記シャッタ
   要素が作動する時に、前記シャッタ要素の電極間Ｃ二お
   ける電気接触を防止するためのストッパ手段から成る特
   許請求の範囲第１項記載の小型表示装置。 ４、　前記ストン・２手段が前記キャビティの底部に設
   けられたデスを含む特許請求の範囲第３項記載の小型表
   示装置。 ５、　前記ストッパ手段が、少なくとも部分的に前記シ
   ャッタ要素の下表面を覆う絶縁層から成る特許請求の範
   囲第３項記載の小型表示装置。 ６、　前記弾性取付は手段の下側ｆ前記担体に間隙凹部
   を設けた特許請求の範囲第１項記載の小型表示装置。 ７　前記担体の平面に対して実質的に平行である第１お
   よび第２の壁を有し、該第１の壁が透明ｆある閉じた室
   内（二装置される特許請求の範囲第３項記載の小型表示
   装置。 ８、　前記担体が、前記第２の電極が設けられる前記キ
   ャビティ底部を形成する前記第２の壁に対して固定され
   ている特許請求の範囲第７項記載の小型表示装置。 ９　前記第２の壁が少なくとも部分的（−光吸収材料か
   ら形成されている特許請求の範囲第８項記載の小型表示
   装置。 １０、　　前記第２の壁および前記第２電極が透明であ
   る特許請求の範囲第８項記載の小型表示装置。 １１、　　前記シャッタ要素対が行列をなして配置され
   、１つの列の前記第１のＮ極が相互に接続され、１つの
   行の前記第２の電極が相互に接続されている特許請求の
   範囲第３項記載の小型表示装置。 ］２．　　前記列の制御が時間多重化制御！ある特許請
   求の範囲第１１項記載の小型表示装置。 １３　　前記第２の電極が、それぞれ２つの分割電極体
   から形成されている特許請求の範囲第１１項記載の小型
   表示装置。 １４、　　前記担体がシリコンから形成されている特許
   請求の範囲第３項記載の小型表示装置。 １５　　前記シャッタ要素および弾性取付は手段がアル
   ミニウムから形成されている特許請求の範囲第１４項記
   載の小型表示装置。