JPH1091103A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率を高くすることが可能であると
ともに、低消費電力化を達成することが可能な表示装置
を提供する。 【解決手段】 固定電極１と、固定電極１に対向する支
持部材４と、固定電極１と支持部材４との間において変
位可能な可動電極２と、可動電極２及び支持部材４に接
続され可動電極２の変位に応じて伸縮する伸縮部材３
と、固定電極１と可動電極２との間に静電力を発生させ
る電圧源６、７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な表示原理に
基づく表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯情報機器に用いるディスプレイに
は、薄型、軽量で低消費電力のものが望まれている。薄
型のディスプレイとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）、プラズマディスプレイ、フラットＣＲＴ等が知ら
れているが、低消費電力の観点からはＬＣＤが最適であ
り、実用化されている。

【０００３】ＬＣＤのうち、ディスプレイの表面を直接
見るようにしたものを直視型というが、この直視型ＬＣ
Ｄには背面に蛍光ランプ等を組み込む透過型と周囲光を
利用する反射型とがある。透過型のものは蛍光ランプ等
を有するため低消費電力という観点からは不向きであ
り、低消費電力の携帯情報機器としては反射型のものが
適している。

【０００４】反射型ＬＣＤには、ＥＣＢモード、ＴＮモ
ード、ＧＨモード等を用いたものがある。ＥＣＢモード
やＴＮモードを用いる場合には偏光板が必要となるが、
偏光板は光の透過率が４０％程度なので光の利用効率が
悪い。ＧＨモードを用いる場合には偏光板は不要である
が、フルカラー表示をする場合には透過率８０％程度の
単色の液晶セルを３層以上重ねる必要がある。したがっ
て、光の利用効率があまり高くならず、カラー表示装置
としては反射率５０％程度であり、ペーパーホワイトの
表示はできない。また、ＥＣＢモードやＧＨモードを用
いる場合にはカラーフィルタは必要ないが、色再現能力
が低く、視覚依存性も大きい。ＴＮモードを用いる場合
にはカラーフィルタを用いるが、反射型では光の利用効
率が約１／３となり、暗くなってしまう。さらに、スイ
ッチとしてＴＦＴやＴＦＤ等を設けると開口率が低くな
ってしまう。このように、光の利用効率が悪く、開口率
が低いと、反射輝度が低下してしまい、画面が暗くなっ
てしまう。

【０００５】ところで、反射型ＬＣＤの静止画の表示に
おいても消費電力はゼロにはならない。これは、液晶に
直流電流が加わるとその劣化が心配されるので、たとえ
静止画を表示する場合でも６０Ｈｚ以上の交流電圧駆動
を行うためである。

【０００６】一方、表示装置の大きさを問わないなら
ば、低消費電力という観点から、大型掲示板に用いられ
ている機械式マトリクス表示装置が有望である。これは
機械式なので、静止画表示にときには電力を消費しな
い。すなわち、一旦動作が止まるとそのまま動かないの
で、いわば不揮発性のメモリ効果を持っていることにな
り、消費電力ゼロとなる。しかし、このような機械式マ
トリクス表示装置は構造が複雑であるため、小型で軽量
のディスプレイとしては不利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】携帯情報機器に望まれ
ているのは、小型、軽量で低消費電力であり、さらに優
れた表示特性を持つことである。反射型ＬＣＤでは省電
力化が期待できるが、方式により偏光板が必要となるの
で、光の利用効率が悪くなる。偏光板を利用しない方式
でも、カラー表示を行う場合には３層重ねにするため、
光の利用効率はあまり高くない。また、静止画の表示で
も、交流駆動する必要があり、消費電力がゼロにはなら
ない。

【０００８】一方、機械式マトリクス表示では、静止画
表示において消費電力をゼロにすることができるが、現
状では構造の複雑さから電磁力を用いた大型表示装置し
かなく、そのため小型の表示装置は期待できない。本発
明の目的は、光の利用効率を高くすることが可能である
とともに、低消費電力化を達成することが可能な表示装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における表示装置
は、固定電極と、この固定電極に対向する支持部材と、
前記固定電極と前記支持部材との間で変位可能な可動電
極と、この可動電極及び前記支持部材に接続され前記可
動電極の変位に応じて伸縮する伸縮部材と、前記固定電
極と前記可動電極との間に静電力を発生させる静電力発
生手段とを有する。

【００１０】固定電極と可動電極との間に生じる静電力
によって固定電極と可動電極との間に引力或いは斥力が
働き、固定電極と支持部材との間において可動電極が変
位する。この可動電極の変位によって伸縮部材が伸縮
し、伸縮部材が表示面を覆い隠す面積が変化する。した
がって、固定電極と可動電極との間に働く静電力を制御
する、すなわち伸縮部材の伸縮状態を制御することによ
り、伸縮部材によって表示される領域と表示面によって
表示される領域との割合が変化し、所望の表示を行うこ
とができる。

【００１１】前記表示装置によれば、偏光板を用いる必
要がないため、光の利用効率を高くすることができる。
また、書き込みが終了した後は可動電極の位置をそのま
ま保持することが可能であり、いわば不揮発性のメモリ
効果を有することになるので、静止画表示において消費
電力をゼロにすることができる。

【００１２】前記伸縮部材には、蛇腹構造の導電性部材
や導電性ゴム等の導電性弾性部材を用いることができ
る。また、前記伸縮部材を有色の透明部材で構成し、一
つの固定電極に対して可動電極及び伸縮部材を多層に重
ねた構造にすることにより、フルカラー表示を行うこと
が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施
形態を示したものであり、図１（Ａ）は表示装置の１画
素分の断面構成を示した図、図１（Ｂ）は表示装置の１
画素分の平面構成を示した図である。

【００１４】１は固定電極、２は電荷板（可動電極）、
３は導電性の遮光板（伸縮部材）、４は導電性の支持板
（支持部材）、５は白色反射板である。６は固定電極１
に接続される電圧源、７は支持板４に接続される電圧
源、８はスイッチであり、これらにより静電力発生手段
が構成される。なお、実際に表示装置を構成する場合に
は、図１に示した画素をマトリクス状に設けた構成とな
る。

【００１５】導電性の遮光板３は、図１に示すように蛇
腹構造の板バネとなっており、固定電極１と電荷板２と
の間に働く静電力によって伸縮する。図では板バネの３
か所で折り曲げをしているが、この折り曲げ数は適宜変
更可能である。この遮光板３は、光を遮断するように黒
色不透明であり、例えば、アルミ、銅等の金属単体や合
金の薄膜、或いは有機ポリマーフィルムに銅等の導電性
材料を蒸着やスパッタで付けたもの等を用いて構成され
ている。

【００１６】固定電極１及び電荷板２の少なくとも一方
の表面には絶縁体がコーティングされており、両者の導
電部が直接接触しないようになっている。また、電荷板
２はできるだけ多くの電荷を蓄積するという観点からは
大きい方が好ましいが、駆動に十分な電荷を蓄えること
ができれば小さな電荷板でも問題ない。なお、電圧源６
及び７から固定電極１及び電荷板２に供給される電圧
は、電荷板２の面積により異なるが、例えば電荷板２の
面積が０．９ｍｍ² のとき２００Ｖで動作が可能であ
る。

【００１７】つぎに、本実施形態の動作について説明す
る。スイッチ８が接地側にあるときには、固定電極１と
電荷板２との間に静電力が働かないため、図に示すよう
に電荷板２が固定電極１側に位置する。遮光板３は黒色
不透明の材料で構成されているため、前面から入射した
光はこの遮光板３によって遮光されて白色反射板５に到
達せず、この画素は黒表示となる。

【００１８】一方、スイッチ８が電圧源７側にあるとき
には、固定電極１及び電荷板２の双方に正電荷がチャー
ジされるため、固定電極１と電荷板２との間には静電力
による斥力が働く。したがって、電荷板２は支持板４側
に位置し、前面から入射した光は白色反射板５によって
反射され、この画素は白表示となる。

【００１９】白色反射板５が見える面積は、電荷板２に
印加される電圧すなわち支持板４に印加される電圧に依
存し、印加電圧が大きいほど固定電極１と電荷板２との
間に働く静電力が大きくなり、白色反射板５が見える面
積が増大する。すなわち、面積階調によって階調表示が
行われ、電荷板２に電圧が印加されないときには黒表
示、電荷板２に最大電圧が印加されるときには白表示が
行われ、中間の電圧が印加されるときには１画素内の黒
と白の面積比に応じた灰色が表示される。

【００２０】図２は本発明の第２実施形態を示したもの
であり、図２（Ａ）は表示装置の１画素分の断面構成を
示した図、図２（Ｂ）は表示装置の１画素分の平面構成
を示した図である。基本的な構成要素は図１に示した第
１実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同
一番号を付し、説明は省略する。

【００２１】前記第１実施形態では定常状態すなわち固
定電極１と電荷板２との間に静電力が働かない状態で電
荷板２が固定電極１側に位置するように構成されていた
が、本実施形態では逆に定常状態で電荷板２が支持板４
側に位置するように構成されており、電圧源７の接続状
態も図１に示した第１実施形態とは正負が逆になってい
る。

【００２２】以下、本実施形態の動作について説明す
る。スイッチ８が接地側にあるときには、固定電極１と
電荷板２との間に静電力が働かないため、電荷板２が支
持板４側に位置し、前面から入射した光は白色反射板５
によって反射され、この画素は白表示となる。一方、ス
イッチ８が電圧源７側にあるときには、固定電極１には
正電荷がチャージされ、電荷板２には負電荷がチャージ
されるため、固定電極１と電荷板２との間には静電力に
よる引力が働く。したがって、電荷板２は固定電極１側
に位置し、前面から入射した光は遮光板３によって遮光
されて白色反射板５に到達せず、この画素は黒表示とな
る。なお、階調表示の方法は、第１実施形態で説明した
のと同様の面積階調による。

【００２３】図３は本発明の第３実施形態を示したもの
であり、図３（Ａ）は表示装置の１画素分の断面構成を
示した図、図３（Ｂ）は表示装置の１画素分の平面構成
を示した図である。基本的な構成要素は図１に示した第
１実施形態と同様であるため、対応する構成要素には同
一番号を付し、説明は省略する。

【００２４】本実施形態では、定常状態すなわち固定電
極１と電荷板２との間に静電力が働かない状態で、電荷
板２が固定電極１と支持板４との中間に位置するように
構成されており、正負両方の電圧源７が設けてある。

【００２５】以下、本実施形態の動作について説明す
る。スイッチ８が接地側にあるときには、固定電極１と
電荷板２との間に静電力が働かないため、電荷板２が固
定電極１と支持板４との中間に位置し、灰色の表示が行
われる。スイッチ８が正電圧を供給する電圧源７側にあ
るときには、固定電極１及び電荷板２の双方に正電荷が
チャージされるため、固定電極１と電荷板２との間には
静電力による斥力が働く。したがって、電荷板２は支持
板４側に位置し、この画素は白表示となる。スイッチ８
が負電圧を供給する電圧源７側にあるときには、固定電
極１には正電荷がチャージされ、電荷板２には負電荷が
チャージされるため、固定電極１と電荷板２との間には
静電力による引力が働く。したがって、電荷板２は固定
電極１側に位置し、この画素は黒表示となる。

【００２６】図４は本発明の第４実施形態を示したもの
であり、表示装置の１画素分の断面構成を示した図であ
る。基本的な構成要素は図１に示した第１実施形態と同
様であるため、対応する構成要素には同一番号を付し、
説明は省略する。

【００２７】本実施形態は、スイッチ８を電圧源７又は
フローティング状態に切り替えるように構成したもので
ある。図１〜図３に示した第１〜第３実施形態からわか
るように、一つの画素は一方の電極が固定され他方の電
極が移動可能な可変コンデンサとなっている。したがっ
て、スイッチ８を電圧源７側に接続して所望の電圧を電
荷板２に与え、この電圧に応じた位置に電荷板２を移動
させた後にスイッチ８をフローティング状態とすれば、
電荷板２にチャージされた電荷がそのまま保持され、電
荷板２の位置もそのまま保持される。すなわち、不揮発
性メモリ効果を有することになり、その画素の階調が保
持され続けることとなる。したがって、静止画表示での
消費電力をゼロにすることができる。

【００２８】図５は本発明の第５実施形態を示したもの
であり、表示装置の１画素分の断面構成を示した図であ
る。基本的な構成要素は図１に示した第１実施形態と同
様であるため、対応する構成要素には同一番号を付し、
説明は省略する。

【００２９】本実施形態は、図４に示した第４実施形態
に対して、さらに補助容量９を付加したものである。図
４に示した第４実施形態では、固定電極１と電荷板２と
の間に保持された電荷が空気中に放電される等により減
少することが考えられる。そこで、本実施形態において
は、固定電極１及び電荷板２に対して並列に補助容量９
を設け、電荷の放電を緩和するようにしている。

【００３０】図６は、図１〜図５に示した第１〜第５実
施形態における遮光板３の他の例を示したものである。
図１〜図５に示した例では、遮光板３を電荷板２及び支
持板４の上部に接続しているが、このような構成をとっ
た場合、電荷板上部の変位量よりも電荷板下部の変位量
の方が大きくなるおそれがある。そこで、図６（Ａ）の
例では、電荷板２及び支持板４の中央に遮光板３を接続
し、電荷板上部と下部との変位量が均等になるようにし
ている。また、図６（Ｂ）の例では、遮光板３を電荷板
２及び支持板４の上部及び下部に接続し、電荷板上部と
下部との変位量が均等になるようにするとともに、構造
的にもより強固なものとしている。

【００３１】つぎに、前記第１〜第５実施形態で示した
ような１画素分の構成をマトリクス状に配置した場合の
構成例について説明する。なお、以下の例では簡単のた
め、８×８のマトリクスで中間調のラスタ表示を行う場
合について示している。

【００３２】図７は第１の構成例を示したものである。
これは、縦方向に延びた固定電極１に対して電荷板２、
遮光板３及び支持板４をそれぞれ複数設けたものであ
る。本構成では、マトリクスの列数と同数の固定電極１
が必要となる。

【００３３】図８は第２の構成例を示したものである。
本例では、一つの固定電極１に対して電荷板２、遮光板
３及び支持板４を対向して設けたものであり、マトリク
スの列数の半分の個数の固定電極１で構成できる。

【００３４】図９は第３の構成例を示したものである。
図７及び図８に示した構成例では、各画素が列方向に直
線状に並んでいるため、中間調表示のときに縦縞模様が
現れる場合がある。そこで本例では、固定電極１を蛇行
させるとともに電荷板２、遮光板３及び支持板４を列方
向に互い違いに配置し、縦縞模様が現れることを防止し
ている。

【００３５】図１０は第４の構成例を示したものであ
る。本例は、図９に示した構成を変形したものであり、
固定電極１の数を図９の場合に比べて半分にできる。つ
ぎに、前記のようなマトリクス構成の表示装置につい
て、その駆動回路例及び駆動方法例を説明する。ここで
は説明の簡単のため、３×３のマトリクスについて説明
する。

【００３６】図１１は、駆動回路例を示したものであ
る。１１は図１〜図５の各実施形態で示した固定電極
１、電荷板２、遮光板３及び支持板４等によって構成さ
れる１画素分の表示ユニットである。１２はスイッチン
グ素子であり、トランジスタ等を用いて構成される。１
３は固定電極に接続されるコモン線、１４はスイッチン
グ素子１２の制御端子に接続される走査線、１５はスイ
ッチング素子１２を通して表示ユニット１１に表示状態
に応じた信号を供給する信号線である。なお、駆動回路
はすべて反射板の下側に構成することが可能であり、そ
のため開口率を大きくでき、反射輝度を大きくすること
ができる。

【００３７】図１２は、図１１の駆動回路に対する駆動
波形例を示したものである。縦軸は電圧、横軸は時間で
ある。Ｖg1〜Ｖg3は各走査線１４に印加される電圧波形
（Ｖonはスイッチング素子１２をオンにする電圧、Ｖof
f はスイッチング素子１２をオフにする電圧）、Ｖs1〜
Ｖs3は各信号線１５に印加される電圧波形（Ｖw は表示
ユニット１１を白表示にするための電圧、Ｖb は表示ユ
ニット１１を黒表示にするための電圧）である。駆動方
法は、一般的なマトリクス表示装置の駆動と同様に、走
査線１４の走査タイミングに合わせて信号線１５にＶw
又はＶb を印加するというものである。

【００３８】図１３は、図１１の駆動回路及び図１２の
駆動波形を用いて表示を行った場合の各画素の表示状態
を示したものであり、斜線部は黒表示の画素、無地部は
白表示画素である。

【００３９】なお、以上説明した各実施形態等では、伸
縮部材として黒色不透明の遮光板３を用い、表示面とし
て白色反射板５を用いていた。したがって、電荷板２が
支持板４側に位置しているときに白表示、電荷板２が固
定電極１側に位置しているときに黒表示となっていた。
これとは逆に、伸縮部材として白色不透明の導電フィル
ム等を用い、表示面として黒色吸収板を用いるようにし
てもよい。この場合には、電荷板２が支持板４側に位置
しているときに黒表示、電荷板２が固定電極１側に位置
しているときに白表示となる。

【００４０】図１４は本発明の第６実施形態を示したも
のであり、フルカラー表示を行う場合の１画素分の断面
構成を示した図である。基本的な構成要素は図１に示し
た第１実施形態と類似しているため、対応する構成要素
には同一番号を付し、説明は省略する。

【００４１】本実施形態では、独立して制御される三つ
の表示ユニットを平面的に並べて１画素を構成し、フル
カラー表示を達成している。遮光板３ａ、３ｂ及び３ｃ
としては、レッド、グリーン及びブルーの組、或いはシ
アン、マゼンタ及びイエローの組を用い、表示面５には
黒色吸収板を用いることが好ましい。

【００４２】図１５は本発明の第７実施形態を示したも
のであり、フルカラー表示を行う場合の１画素分の断面
構成を示した図である。基本的な構成要素は図１に示し
た第１実施形態と類似しているため、対応する構成要素
には同一番号を付し、説明は省略する。

【００４３】本実施形態では、独立して制御される三つ
の表示ユニットを積層して１画素を構成し、フルカラー
表示を達成している。有色透明な遮光板３ａ、３ｂ及び
３ｃとしてはシアン、マゼンタ及びイエローの組を用
い、表示面５には白色反射板を用いることが好ましい。
遮光板３ａ、３ｂ及び３ｃの構成材には、有機ポリマー
フィルムにＩＴＯ等の透明導電性材料を蒸着やスパッタ
で付けたものを用いることができる。本実施形態では三
つの表示ユニットを積層して１画素を構成しているた
め、図１５に示したように、固定電極１は各ユニットに
対して共通したものを用いることができる。なお、図１
５に示した例では、電荷板２ｃの下側には表示面５が設
けてありこれが電荷板２ｃが移動する際のガイドとして
機能するが、電荷板２ａ及び２ｂの下側にはこのような
ガイドとして機能するものが設けられていない。そこ
で、電荷板２ａに対しては支持板４ａから固定電極１に
達するような水平ガイドを設け、電荷板２ｂに対しては
支持板４ｂから固定電極１に達するような水平ガイドを
設け、各ガイドの上面に電荷板２ａ及び２ｂが接するよ
うに構成してもよい。

【００４４】図１６は、本発明の第８実施形態を示した
ものであり、表示装置の１画素分の断面構成を示した図
である。前記各実施形態では遮光板として蛇腹構造のも
のを用いていたが、本実施形態では遮光板３Ｘとして導
電性のゴムを用いている。また、本実施形態では可動電
極２Ｘの一端を表示面４に固定している。したがって、
固定電極１と可動電極２Ｘとの間に静電力が働かない状
態では図１６に示したように可動電極２Ｘは表示面５に
対してほぼ垂直になっており、静電力による引力又は斥
力が固定電極１と可動電極２Ｘとの間に働くと、可動電
極２Ｘの一端を支点として可動電極２Ｘが固定電極１側
又は支持部材４側に傾くことになる。その結果、遮光板
３Ｘによって表示される領域と表示面５によって表示さ
れる領域との割合が変化し、所望の階調表示を行うこと
ができる。

【００４５】なお、本第８実施形態の構成をすでに説明
したマトリクス表示（図７〜図１２参照）やフルカラー
表示（図１４、図１５参照）その他に適用することも、
勿論可能である。

【００４６】以上説明した各実施形態によれば、偏光板
等を用いることがなく、反射率の高い反射型表示装置を
構成することができるので、ペーパーホワイト表示が可
能である。また、原理的にメモリ性があるので、電源が
オフになっても画像を保持する能力があり、駆動時もあ
まり電流を流さないので、低消費電力となる。さらに、
表示装置の大きさに制限がないので、携帯情報機器や電
子ブックのような小型のものだけでなく、電子ポスター
や看板のような大型の表示装置に適用することも可能で
ある。なお、本発明は前記各実施形態等に限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々
変形して実施可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明における表示装置では、偏光板を
用いる必要がないため、光の利用効率を高くすることが
できるとともに、静止画表示において消費電力をゼロに
することが可能であり、低消費電力化を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示した図。

【図２】本発明の第２実施形態を示した図。

【図３】本発明の第３実施形態を示した図。

【図４】本発明の第４実施形態を示した図。

【図５】本発明の第５実施形態を示した図。

【図６】図１〜図５の各実施形態における遮光板の変更
例を示した図。

【図７】図１〜図５の各実施形態に示した構成をマトリ
クス状に配置したときの一例を示した図。

【図８】図１〜図５の各実施形態に示した構成をマトリ
クス状に配置したときの他の例を示した図。

【図９】図１〜図５の各実施形態に示した構成をマトリ
クス状に配置したときの他の例を示した図。

【図１０】図１〜図５の各実施形態に示した構成をマト
リクス状に配置したときの他の例を示した図。

【図１１】本発明に係る表示装置の駆動回路の一例を示
した図。

【図１２】本発明に係る表示装置の駆動方法の一例を示
した図。

【図１３】図１２の駆動方法による表示例を示した図。

【図１４】本発明の第６実施形態を示した図。

【図１５】本発明の第７実施形態を示した図。

【図１６】本発明の第８実施形態を示した図。

【符号の説明】

１…固定電極 ２、２Ｘ…可動電極 ３、３Ｘ…遮光板（伸縮部材） ４…支持板（支持部材） ６、７…電圧源（静電力発生手段） ８…スイッチ（静電力発生手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電極と、 この固定電極に対向する支持部材と、 前記固定電極と前記支持部材との間で変位可能な可動電
   極と、 この可動電極及び前記支持部材に接続され前記可動電極
   の変位に応じて伸縮する伸縮部材と、 前記固定電極と前記可動電極との間に静電力を発生させ
   る静電力発生手段とを有することを特徴とする表示装
   置。