JP2004144998A

JP2004144998A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2004144998A
Application number: JP2002309799A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Oshima; 大島　徹也; Osamu Ito; 伊東　理; Makoto Tsumura; 津村　誠; Shinichi Komura; 小村　真一; Hironori Kaneko; 金子　浩規
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】２次元的に配列された画素内での着色流体と透光性流体の移動によって、画素ごとの反射率を変化させ、高精細、高反射率、高速駆動で画像を表示可能とすると共に、製造が容易な画像表示装置を実現する。
【解決手段】第１基板１０１の表面の一部を除去して形成した凹部１０３と略平坦な反射面部１０４で画素を構成し、凹部１０３と略平坦な反射面部１０４の間を流体移動手段１０５により透光性流体１０７と着色流体１０６を移動させることで、反射面部１０４の反射を制御する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に係り、特に着色流体および／または透明性流体の移動により反射性が変化する多数の画素を２次元に配置した画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２次元的に配列された多数の画素内での着色流体の移動によって画素ごとの反射率を変化させ画像を表示せしめる画像表示装置が例えば、特許文献１にに開示されている。図１９は着色流体の移動によって画素ごとの反射率を変化させ画像を表示する特許文献１に開示された画像表示装置の構成を説明する模式図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。また、図２０は図１９に示した画像表示装置における反射率変調の説明図であり、同図（ａ）は例えば白表示、同図（ｂ）は例えば着色表示状態を示す。
【０００３】
図１９に示されたように、この画像表示装置は、参照符号１０はシリコンウエハ１１、１２、１３を直接接合した基板で、この基板１０の表面側には異方性エッチングにより形成した逆四角錐状の凹部１１ａが２次元配列されている。凹部１１ａのそれぞれは１画素に相当する。基板１０の裏側には等方性エッチングによりお碗型の凹部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１１ａと凹部１３ａは微小穴１２を介して接続されている。
【０００４】
基板１０の表面側にはガラス板２１が接合されており、このガラス板２１を通して表示を見るようになっている。基板１０の裏面側にはダイアフラム２２が張りつけられている。このダイアフラム２２の裏側には圧電板２３がスパッタなどで形成されている。なお、圧電板２３には図示しない電極が形成され、各画素毎に電圧を印加できるように構成されている。
【０００５】
図２０に示されたように、微小穴１２ａの途中まで着色流体（例えば、白色液体）３０が満たされている。圧電板２３に電圧を印加しない図２０（ａ）の状態では、ガラス板２１側からみると黒く見える。圧電板２３に電圧を印加すると、図２０（ｂ）に示したようにダイアフラム２２は凸状に変形し、着色流体３０が微小穴１２ａから凹部１１ａの空隙に盛り上がる。この凹部１１ａの壁面は鏡面となっており、ガラス板２１側からみた場合凹部１１ａ全体が白く見える。このように、着色流体３０を表示部である凹部１１ａに出し入れすることによって画素毎に反射率を変調し画像を表示する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−１６６９８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した表示方式を利用した従来の画像表示装置は、画素領域となる凹部の形成や当該画素毎にダイアフラムと圧電板の設置など、構造が複雑なために必ずしも製造が容易でなく、また高精細、高反射率、高速駆動などの表示性能実現への障害となっていた。本発明は、これらの課題を解決し、製造が容易で、高い表示性能を有する画像表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による画像表示装置は、基板の表面の一部のみに凹部を形成し、画素領域の大部分を占める略平坦な反射面部で構成した複数の画素を２次元的にマトリクス配置し、かつ各画素に流体移動手段を具備して、凹部と反射面部間での流体を移動させることで画像を表示する構成とした点に特徴を有する。
【０００９】
本発明では、上記流体を透光性流体と着色流体とし、透光性流体と着色流体の各全部または各一部の上記凹部または反射面部への移動で画像を表示する。また、透光性流体を液体とし、透光性流体を気体とすることもできる。
【００１０】
さらに、上記凹部と反射面部との間に幅が狭い部分を形成し、あるいは上記凹部と反射面部との間に撥水処理を施した部分を設けることで移動した流体を安定的に保持させる。そして、上記反射面部を微細な凹凸を有する拡散反射面とすることで、コントラストを向上することができる。また、上記多数の画素の全部または複数の画素の凹部に共通な流体貯留部を設けて画素構造を簡素化することができる。
【００１１】
そして、上記流体移動手段として薄膜トランジスタ等のアクティブ素子で制御される電極を有する電子回路を設け、上記反射面部を電子回路を構成するアクティブ素子の上記電極を兼ねさせることができる。
【００１２】
なお、本発明は、上記の構成および後述する実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明による画像表示装置の基本構成の概略構造を説明する模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’　線に沿った断面図である。また、図２は図１に示した画像表示装置の動作を模式的に説明する断面図である。図１において、参照符号１０１は第１基板、１０２は第２基板である。第１基板１０１と第２基板１０２は後述するように貼り合わされて画像表示装置を形成する。
【００１４】
第１基板１０１は液晶表示装置等の所謂パネル型画像表示装置の基板と同様のガラス板であり、薄膜トランジスタ等のアクティブ素子や各種電極が形成される。なお、第１基板１０１はシリコン板やセラミックス板などのガラス以外の材料で構成することもできるが、ここではガラス板として説明する。また、第２基板は透明板であり、ここではガラス板として説明する。
【００１５】
第１基板１０１に凹部１０３と略平坦な反射面部１０４および流体移動手段１０５からなる画素を２次元的にマトリクス配置する。そして、凹部１０３と反射面部１０４に透光性流体１０７と着色流体１０６を満たし、流体移動手段１０５の作用によって、図２に示すように透光性流体１０７と着色流体１０６を画素毎に移動させて反射面部１０４の外部から入射する光の反射率を変調し画像を表示する。即ち、図２（ａ）に示すように反射面部１０４上に着色流体１０６が移動した時には、着色流体１０６の吸収波長に応じた光吸収により光が変調される。例えば着色流体１０６が可視光全域で高い吸収率を有する場合、光は吸収されて黒表示がなされる。
【００１６】
一方、図２（ｂ）に示すように反射面部１０４上に透光性流体１０７が移動した時には入射した光は流体を透過して反射面部１０４で反射される。ここで、反射面部１０４が可視光全域において高い反射率を有している場合には白が表示される。この様な画素毎反射率を変調し画像表示が可能となる。本構成は、表示に寄与する反射面部１０４が基本的には平坦面であるため、画素全体の構造が単純で製造が容易であり、微細加工による高精細化が容易である。
【００１７】
本構成においては、透光性流体１０７は水、アルコール、油類、石油類等の無色の液体でも良いし、空気、窒素、アルゴンなどの無色の気体であっても良い。また、着色液体１０６は染料または顔料を分散させた液体などが適応可能であり、例えば黒色の着色流体１０６を用いると白黒表示可能な画像表示装置が得られる。また着色流体１０６の吸収色に応じた色を呈する画像表示装置も得ることができる。
【００１８】
また、本構成の画像表示装置では、反射面部１０４の表面に適当な凹凸を形成することで反射光に拡散性を与えることができる。この様な反射面をここでは拡散反射面と称する。この拡散反射面は、その凹凸形状により反射光の拡散範囲を所望の範囲に設定することが可能で、拡散範囲を狭めることによって適当な範囲において高輝度の画像が得られる。また、この反射面をアルミニウム、銀、金等の導電性金属を用いると流体駆動のための電極を兼ねることができるので好適である。
【００１９】
さらに、画面輝度を高め白表示時に純白に近い反射色を得るためには反射面部の表面に紫外光を吸収して可視光を発光する蛍光増白剤を反射板上に塗布する透光性流体１０７内に含有させてれば良い。蛍光増白剤は、ジアミノスチルベン、イミダゾール、イミダゾロン、トリアゾール、チアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、クマリン、カルボスリル、チアゾール、ナフタルイミド等を単体および複合材料として用いることができる。流体の移動には表面張力の熱または電界による変化、静電力の変化、流体が帯電性を有する場合には静電力などによって実現可能である。以下、本発明をより具体的な実施例で説明する。
【００２０】
図３は熱による表面張力の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する図２と同様の断面図であり、図３（ａ）は反射面部１０４の温度を制御する駆動方式を、図３（ｂ）は反射面部１０４と凹部１０３の温度を制御する駆動方式を示す。本実施例の駆動方式では表面張力の温度依存性を活用し、凹部１０３と反射面部１０４の壁面温度を相対的に変化させることにより流体を移動させるものである。
【００２１】
図３（ａ）では、反射面部１０４にヒータ１０８を接触させ、例えば薄膜トランジスタで構成した電子回路からなる流体移動手段１０５によってヒータ１０８の電流をオン（ＯＮ）／　オフ（ＯＦＦ）して反射面部１０４の温度を変化させる。この時、凹部１０３の温度を一定に保てば両者間で相対的な温度差を生じ、着色流体１０６を移動することができる。凹部１０３の温度制御が必要な場合には、図３（ｂ）に示すように図３（ａ）と同様の流体移動手段１０５Ａとヒータ１０８Ａに加えて、凹部１０３にも同様のヒータ１０８Ｂと同様の流体移動手段１０５Ｂを設けれる。これにより安定な駆動が可能となる。
【００２２】
本構成においても、透光性流体１０７は水、アルコール、油類、石油類等の無色の液体でも良いし、空気、窒素、アルゴンなどの無色の気体であっても良い。また着色液体１０６は染料または顔料を分散させた液体などが適応可能であり、例えば黒色の着色流体１０６を用いると白黒表示可能な画像表示装置が得られる。また着色流体１０６の吸収色に応じた色を呈する画像表示装置も得ることができる。
【００２３】
また、本構成の画像表示装置では、反射面部１０４に適当な凹凸を形成することで反射光に拡散性を与えることができる。この様な反射面をここでは拡散反射面と称する。この拡散反射面は、その凹凸形状により反射光の拡散範囲を所望の範囲に設定することが可能で、拡散範囲を狭めることによって適当な範囲において高輝度の画像が得られる。また、この反射面をアルミニウム、銀、金等の導電性金属を用いると流体駆動のための電極を兼ねることができるので好適である。
【００２４】
図４は電界による表面張力の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する図２と同様の断面図である。本駆動方式では着色液体１０６および透光性流体１０７の壁面（流体接触面）との表面張力を電界によって変化させ、流体の移動を行うものである。具体的には、凹部１０３の壁面に電極１１０を設けこれを一定電位に保つ。そして反射面部１０４の電位を流体駆動手段１０５により変化させることで、反射面部１０４と流体１０６，１０７間の表面張力が変化し流体を移動させることができる。ここで反射面部１０４をアルミニウム、銀、金等の導電性金属を用いると流体駆動のための電極を流体移動手段１０５の電極に兼ねることができるので好適である。
【００２５】
図５は静電力の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する図２と同様の断面図であり、図５（ａ）は凹部１０３の壁面に電極を設置したもの、図５（ｂ）は凹部１０３の底面に電極を設置したものを示す。本駆動方式は、凹部１０３と反射面部１０４をそれぞれ独立の対向電極を設置し、２つの部分で異なる電位を与えることにより両者間の電気エネルギーを変化させて液体移動を行うものである。図５（ａ）では、対向電極として凹部１０３の壁面に対の電極１１０Ａと１１０Ｂを設け、導電性材料により形成した反射面部１０４側には第２基板（透光性表面基板）１０２の内面に設けた透光性電極１０９を用いる。
【００２６】
流体駆動手段１０５により反射面部１０４側の電圧を流体移動手段１０５により変化させることで、反射面部１０４の電気エネルギーを凹部１０３に対して相対的に変化させることで流体を移動させることができる。また、対向電極は凹部１０３と反射面部１０４側でその一方を共通化することもできる。例えば、図５（ｂ）に示した様に、第２基板１０２に設けた透光性電極１０９を共通の電極とし、もう一方の電極として凹部１０３の底面には対向電極１１０を設け、導電性材料により形成した反射面部１０４を用いて図５（ａ）と同様な駆動が可能である。図５（ｂ）に示した構造は、図５（ａ）の構造と比べて製造工程の簡略化が図れるので好適である。
【００２７】
本構成においても、画像表示に用いる透光性流体１０７、着色液体１０６は前記した構成例と同様であり、また反射面部１０４の拡散性付与および材料についても前記した構成例と同様である。
【００２８】
図６は界面現象による帯電の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する模式図である。流体がその内部または壁面と界面現象によって帯電している場合には、図６に示すような構造により静電的に流体の移動をすることが可能となる。本実施例では凹部１０３の底面に電極１１０を設けるとともに、導電性材料により形成した反射面部１０４の１部を絶縁層１１１で覆い凹部１０３と反対側の端点で反射面部１０４を電極として露出させる。ここで、反射面部１０４の電位を流体移動手段１０５によって変化させることで、帯電している流体は電界作用によって凹部１０３と反射面部１０４の間を移動する。
【００２９】
本構成においても、画像表示に用いる透光性流体１０７、着色液体１０６は前記した構成例と同様であり、また反射面部１０４の拡散性付与および材料についても前記した構成例と同様である。
【００３０】
図７は本発明の画像表示装置における画素構造の一例を説明する模式図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図７（ａ）に示すように、枠状で囲まれた画素の１辺に凹部１０３を設けてある。また、反射面部１０４と凹部１０３において流体の表面張力を概略等しくするために図７（ｂ）に示したように凹部１０３の幅は反射面部１０４と第１基板１０２の間隔に概略一致させる。このとき、凹部１０３と反射面部１０４の容積を概略一致させるために、凹部１０３の深さは画素の１辺と概略同一程度の深さとする。
【００３１】
図８は本発明の画像表示装置における画素構造の他例を説明する模式図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。図８（ａ）に示すように、本構成では凹部１０３を２辺に分けて設ける。各凹部１０３の深さは図８（ｂ）に示す様に図７の場合の半分となるため凹部形成が容易となる。
【００３２】
図９は本発明の画像表示装置における画素構造の他例を説明する模式図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。図９（ａ）に示すように、凹部１０３を画素の４辺に分けて設けることで、図９（ｂ）に示す様に凹部１０３の深さをさらに半分にすることができ、凹部形成がより容易となる。
【００３３】
図１０は本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。本実施例は、着色流体１０７を貯蔵するための凹部１０３を複数の画素で共通化したもので、画像表示装置の製造がさらに容易となる。図１０に示したように、本実施例では凹部１０３が画素列（図１０（ａ）の上下方向列）ごとに共通に設けている。さらに、共通化された各凹部１０３は流体貯蔵部１１２に接触されている。なお、図示しないが、第１基板１０１と第２基板１０２の間の間隔を保つために、両基板の間にスペーサが設けられる。このペーサは第１基板に形成する絶縁層を加工してもよいし、第２基板１０１側に突起様の形状を加工してもよく、あるいは別部材として両基板の間に介挿してもよい。
【００３４】
共通化した凹部１０３のそれぞれの幅は流体貯蔵部１１２より細いため、凹部１０３には毛細管現象によって着色流体１０６が常に満たされた状態となる。このため、本構造では凹部１０３を必ずしも深く加工する必要はない。また、第１基板１０２と反射面部１０４の間隔を保つための上記したスペーサを離散的に設ければ、各画素間は電気的に絶縁されているが空間的にはつながっているため、流体の移動も円滑に行われ大変好適である。
【００３５】
図１１は本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図である。この実施例は図１０に示した様な共通化した凹部１０３と流体貯蔵部１１２の構造を発展させ、凹部１０３のかわりに図１１に示すように蒸着、スパッタ、エッチング等の表面の改質によって着色流体１０６が反射面部１０４より溜まりやすい部分１１３を設けたものである。そして、図１０と同様の流体貯蔵部を設けることで反射面部１０４より溜まりやすい部分１０３は常に着色流体１０６で満たされ、流体駆動手段１０５の動作に応じた所望量の着色流体１０６が反射面部１０４上に供給され、画像表示が可能となる。
【００３６】
図１２は本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図である。上記図１１まで参照して説明した画像表示装置において、画素の非駆動時に流体の移動が無い、いわゆるメモリー機能をさらに持たせれば、省電力となり好適である。このためには、凹部と反射面間に流体の移動を阻止するエネルギー障壁を設ければ良い。図１２（ａ）では、凹部１０３と反射面部１０４間に凹部１０４の幅および反射面部１０４と第２基板１０２の間隔より狭い突起部分１１４Ａを設けてエネルギー障壁を形成している。突起部分１１４Ａは図１２（ａ）に示した様に反射面部１０４側に設けた。また、図１２（ｂ）では、突起部分１１４Ｂを凹部１０３の表面付近に設けた。この構成により、画素駆動時以外での流体の移動は阻止され、表示された状態を維持するメモリ機能を持たせることができる。
【００３７】
図１３は本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図を示す。本構成例も画素にメモリー機能をさらに持たせたものであり、凹部１０３と反射面部１０４の間に表面を改質した部分１１６を設けてエネルギー障壁を形成している。この表面改質は、蒸着、スパッタ、エッチング等の方法により実現できる。この構成により、画素駆動時以外での流体の移動は阻止され、表示された状態を維持するメモリ機能を持たせることができる。
【００３８】
図１４は本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造例を説明する模式図である。図１３までを参照して説明した画像表示装置において、流体の円滑な駆動または階調表示のため、反射面部１０４内での電位変化を制御する必要を生じる場合がある。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、これを実現するための構造例を示す。図１４（ａ）では、電極としても機能する導電性材料からなる反射面部１０４を凹部１０３に対して平行に分割し、複数（ここでは、４分割）の分割反射面部１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄとしたものである。
【００３９】
各分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄにはそれぞれ流体移動手段１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ、１０５Ｄが設けられ、分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄのそれぞれに異なる電圧を独立に印加できる様にしている。例えば、反射面１０４Ａのみを着色流体１０６が反射面上に移動する電位（ＯＮ電位）にすると全て反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４ＤをＯＮ電位にした場合と比して減光量は１／４となる。同様に、凹部１０３から近い側から分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４ＤをＯＮ電位とすると減光量が変化し階調表示が可能となる。
【００４０】
また、階調表示が必ずしも必要ない場合でも、本構造は流体移動の円滑化に有効である。すなわち電圧印加時には凹部１０３に近い側から分割反射面に対し順次時間差をもってＯＮ電位とし、電圧降下時には凹部１０３から遠い側から順次時間差をもって電圧を下げればより円滑に流体が移動し、流体残留等の問題が生じない。
【００４１】
また、これと同様の効果は、図１４（ｂ）に示すように、電極としても機能する導電性材料からなる反射面１０４上に凹部１０３から遠ざかるに従い厚くなるように楔型の絶縁層１１１を設けても実現できる。楔型の絶縁層１１１によって電圧降下を生じるため反射面１０４上で流体にかかる電位は凹部１０３に近い側で高く、遠い側で低くなる。このため反射面１０４に印加する電圧を徐々に上昇させた場合、凹部１０３に近い部分から徐々にＯＮ電位に達し、部分的に流体を移動させることができる。このため反射面１０４に印加する電圧に応じた階調表示が可能となる。なお、絶縁層１１１の厚みを図１４（ａ）に示した断面が直線状の楔形ではなく、断面が曲線状に増加する形状に形成することで非線形の階調表示を可能とすることもできる。
【００４２】
図１５は本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造例を説明する模式図である。図１４で説明した階調表示は、図１５に示すように電極構造としても機能する導電性材料からなる分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄを凹部１０３に対して垂直に分割した構造としても実現できる。この場合には、分割した分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄのうち、任意の反射面上に独立に流体を移動できる。このため、図１５（ａ）のように反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄを等しい幅で分割しても良いが、図１５（ｂ）に示すように分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄごとに異なる幅で分割してもよい。
【００４３】
この場合、各分割反射面１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄ上に着色流体が移動した場合の減光量が異なるため、より多くの階調表示が実現できる。例えば反射面を４分割する場合、図１５（ａ）に示したように等幅分割の場合には、各反射面の減光量は全て１／４のため、画素全体の減光量は０、１／４、１／２、３／４、１の５段階である。一方、図１５（ｂ）では、４反射面の分割幅を１：２：４（２の２乗）：８（２の３乗）とすると、４反射面の減光量は１／１５、２／１５、４／１５、８／１５となり、０、１／１５・・・１４／１５、１の１６段階の階調表示が可能となり好適である。このように、反射面を不等幅でＮ個に分割すると２のＮ乗の階調表示が可能となる。
【００４４】
図１６は本発明の画像表示装置をカラー化した実施例を説明する画素構造例の模式図であり、図１６（ａ）は画素を平面で３色に分割した構造の平面図、図１６（ａ）は画素を３色の積層構造とした断面図である。図１６（ａ）に示すように、１画素内に赤色、緑色、青色の３色を表示する表色部分１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃを設ける。この場合には、着色流体１０６を黒として反射面は可視光全域で略均一な反射率をもたせ、各表色部分に応じて赤色、緑色、青色を透過するカラーフィルターを配置すれば良い。また、カラーフィルターを用いない場合、反射面が各表色部分に応じて赤色、緑色、青色を反射させても良い。さらに、また、カラーフィルターも用いず反射面は可視光全域で略均一な反射率をもたせる場合、着色流体を黒色として透光性流体が各表色部分に応じて赤色、緑色、青色のみ透光させても実現できる。
【００４５】
また、図１６（ｂ）に示すような３層の積層構造によっても実現できる。各色を構成する第１基板１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃのうち、少なくとも上層の第１基板１０１Ａ、１０１Ｂは透明基板とし、３層のうち最下層にのみ反射面部１０４を有し、上の２層は透光性電極１０９を用いる。図１６（ｂ）における各層の構造は図１に準じるが、前記した各実施例の構造を用いることができる。ここで着色流体１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃは、それぞれ赤色、緑色、青色のみを吸収する流体を用いれば３層の流体の移動によりフルカラーの表示が可能となる。なお、参照符号１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃはそれぞれ赤色、緑色、青色のみを吸収する流体のための凹部を示す。
【００４６】
以上のように、本発明の各実施例で説明した画像表示装置は、着色流体が反射面部上に在り、透光性流体が凹部に在る場合には着色流体の吸収によりに反射率が低い暗表示となる。一方、着色流体が凹部に移動し、反射面部上を透光性流体が覆う時には反射面部の反射により反射率が高い明表示となる。本画像表示装置は流体の移動により表示と暗表示が画素ごとに制御され画像を表示する。また、この表示動作をカラー表示対応とすることができ、３色等の多色カラー画像を再現することができる。
【００４７】
また、特に図１０で説明したように、反射面部と凹部からなる画素を２次元的に配列し、凹部を各列毎に共通化さして各凹部をすべて流体貯蔵部に連通した構造では、流体貯蔵部に溜められた着色流体が毛細管現象により凹部に浸透し、凹部は常に着色流体で満たされた状態となる。ここで流体移動手段によって反射面部に電圧を印加することによる表面張力の変化で、着色流体が反射面上に移動して暗表示となる。画像装置内で着色流体はすべて連通しているので、例えば流体貯蔵部に共通電極を設けておき、これとの電位差により上記したような駆動を実現することができる。また、画素間に障壁はなく、電気的には絶縁されているが、空間的には繋がっているため、透光性流体としては流動性の高い気体であることが好ましい。また、反射面部と凹部の間にエネルギー障壁を設けることで、画素にメモリ機能を持たせた画像表示装置を実現することができる。
【００４８】
図１７は本発明による画像表示装置の一画素をより具体的に説明する断面図である。ここでは、第１基板１０１と第２基板１０２は共にガラス板であり、流体移動手段１０５は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１７で構成される。薄膜トランジスタ１１７は、第１基板１０１上にアモルファスシリコン、多結晶シリコン等の半導体膜１０５１、絶縁層１０１１、ゲート電極１０５２、ソース・ドレイン電極１０５３、信号線１０５４で形成される。ソース・ドレイン電極１０５３を覆う絶縁層（好適にはパッシベーション膜）１０１２にスルーホール１０１３を通してソース・ドレイン電極１０５３接続した反射面部１０４を有する。この反射面部１０４はＩＴＯ等の透明導電性材料からなり、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の出力電極（または画素電極）を兼ねている。
【００４９】
絶縁層１０１２には凹部１０３が形成され、第２基板１０２と反射面部１０４の間の間隙につながっている。凹部１０３には着色流体１０６が貯留され、反射面部１０４上（反射面部１０４と第２基板１０２との間）には透光性流体１０７が貯留されている。この薄膜トランジスタ１１７がＯＮ駆動されると、凹部１０３に貯留された着色流体１０６が反射面部１０４上に移動し、反射面部１０４上にあった透光性流体１０７は凹部１０３に移動する。この移動のメカニズムは前記した各実施例で説明したとおりである。
【００５０】
図１８は本発明による画像表示装置の等価回路の一例の説明図である。前記した構造の多数の画素は面上にマトリクス配列されて表示領域を形成する。参照符号１１８は前記した画素を示す。薄膜トランジスタ１１７はホールド回路１２１で駆動される多数のドレイン線１１９と走査回路１２２で駆動される多数のゲート線１２０の交差部に配置される。薄膜トランジスタ１１７を制御するドレイン線１１９、ゲート線１２０等は各画素の間の凹部１０３が存在しないところを通るように配線すると各線の段差による断線がなく好適である。
【００５１】
薄膜トランジスタ１１７は走査回路１２２で選択されたゲート線で選択駆動され、ホールド回路１２１からドレイン線１１９を通して供給されるデータ信号で画素１１８内の流体移動を制御して画像を表示する。ここで用いる着色流体は、各種の染料、色素、顔料を分散させた液体などの液体がいずれも使用可能である。例えば、白黒表示のためには、カーボンブラックを分散させた液体などの黒色液体を用いればよい。また、前記したように、透光性流体は、空気、窒素、アルゴン等の透明な気体、または水、アルコール、石油類等に透明な液体がいずれも使用可能である。ここで大切なことは、着色流体と透光性流体が相互に拡散して交じり合わない材料の組み合わせて用いることである。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の表面の一部のみに凹部を形成し、画素領域の大部分を占める略平坦な反射面部で構成した複数の画素を２次元的にマトリクス配置し、かつ各画素に流体移動手段を具備して、凹部と反射面部間での流体を移動させることで画像を表示する構成としたことで、製造が容易で、高精度および反射率が高く、高速に駆動が可能な画像表示装置を提供することができる。また、画素毎に流体が仕切られている場合には、透光性流体として前記したような液体材料を用いることで、気体を用いる場合と比して移動が円滑に行われ好適である。
【００５３】
さらに、各画素を構成する反射面部は、その表面に微細な凹凸を生ぜしめ反射光に拡散性を与えた拡散反射面とすることにより、その凹凸形状で反射光の拡散範囲を所望の範囲に設定することが可能となり、拡散範囲を狭めることによって適当な範囲において高輝度の画像を得ることができる。反射面部をアルミニウム、銀、金等の導電性金属を用いると流体駆動のための電極を兼ねるとさらに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像表示装置の基本構成の概略構造を説明する模式図である。
【図２】図１に示した画像表示装置の動作を模式的に説明する断面図である。
【図３】熱による表面張力の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する図２と同様の断面図である。
【図４】電界による表面張力の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する図２と同様の断面図である。
【図５】静電力の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する図２と同様の断面図である。
【図６】界面現象による帯電の変化により流体移動を行う駆動方式を用いた画像表示装置の実施例を説明する模式図である。
【図７】本発明の画像表示装置における画素構造の一例を説明する模式図である。
【図８】本発明の画像表示装置における画素構造の他例を説明する模式図である。
【図９】本発明の画像表示装置における画素構造の他例を説明する模式図である。
【図１０】本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図である。
【図１１】本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図である。
【図１２】本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図である。
【図１３】本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造の一例を説明する模式図である。
【図１４】本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造例を説明する模式図である。
【図１５】本発明の画像表示装置の他の実施例を説明する画素構造例を説明する模式図である。
【図１６】本発明の画像表示装置をカラー化した実施例を説明する画素構造例の模式図である。
【図１７】本発明による画像表示装置の一画素をより具体的に説明する断面図である。
【図１８】本発明による画像表示装置の等価回路の一例の説明図である。
【図１９】着色流体の移動によって画素ごとの反射率を変化させ画像を表示する従来の画像表示装置の構成を説明する模式図である。
【図２０】図１９に示した画像表示装置における反射率変調の説明図である。
【符号の説明】
１０１・・・第１基板、１０２・・・第２基板、１０３・・・凹部、１０４・・・反射面部、１０５・・・流体移動手段、１０６・・・着色流体、１０７・・・透光性流体、１０８・・・ヒータ、１０９・・・透光性電極、１１０・・・電極、１１１・・・絶縁層、１１２・・・流体貯蔵部、１１３・・・表面を改質した部分、１１４・・・中間部、１１５・・・表色部分、１１６・・・突起部分、１１７・・・薄膜トランジスタ、１１８・・・画素、１１９・・・ドレイン線、１２０・・・ゲート線、１２１・・・ホールド回路、１２２・・・走査回路、２０１・・・表示部、２０２・・・穴、２０３・・・液溜め。

Claims

基板上に２次元的に配置された多数の画素を選択して画像を表示する画像表示装置であって、
前記画素が前記基板の表面の一部を除去して形成された凹部と略平坦な反射面部からなり、
前記凹部と前記反射面部の間を移動する流体と、前記流体を前記凹部と前記反射面部の間で移動させるための流体移動手段を備え、
前記画素の前記凹部と反射面部間での前記流体の移動により画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
前記流体が透光性流体と着色流体であり、前記透光性流体と前記着色流体の各全部または各一部の前記凹部または前記反射面部への移動で画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記透光性流体が液体であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記透光性流体が気体であることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記着色流体が液体であることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の画像表示装置。
前記凹部と前記反射面部との間に幅が狭い部分を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の画像表示装置。
前記凹部と前記反射面部との間に撥水処理を施した部分を有することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の画像表示装置。
前記反射面部が微細な凹凸を有する拡散反射面であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の画像表示装置。
前記多数の画素の全部または複数の画素の前記凹部に共通な流体貯留部を有することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の画像表示装置。
前記流体移動手段がアクティブ素子で制御される電極を有する電子回路であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の画像表示装置。
前記反射面部が前記電極を兼ねることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。