JP2005533268A - 光ガイドを有するディスプレイパネル - Google Patents
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Abstract
ディスプレイパネル21は、光ガイドプレート2、第2プレート4、及びこれらのプレートの間に配置され光ガイドプレート2から局所的に光を発光する可動素子3を有する。電極5,6、及び25に電圧が印加されることによって可動素子3は光ガイドプレート2又は第2プレート4に局所的に接触する。可動素子3の各プレートへの付着を低減する手段は、可動素子3に対向する光ガイドプレート2の接触面14において粗さR1を形成し、光ガイドプレート2に対向する可動素子3の第1接触面14において粗さR2を形成し、可動素子3と対向する第2プレート4の接触面16において粗さR3を形成し、第2プレート4に対向する可動素子3の第2接触面17において粗さR4を形成する。粗さR1及びR2は共に粗さR3及びR4のうちの少なくとも一方を下回る。これにより付着が低減され、ディスプレイパネル21は比較的少ないエネルギー量で動作することが可能になる。
Description
本発明はディスプレイパネルに関し、特に光ガイドプレートと、前記光ガイドプレートに対向する第2プレートと、前記光ガイドプレートと前記第2プレートとの間に配置され前記光ガイドプレートから局所的に光を発光する可動素子とを有するディスプレイパネルであって、前記光ガイドプレートは、前記可動素子に対向しこの可動素子と接触する接触面を有し、前記第2プレートは、前記可動素子に対向しこの可動素子と接触する接触面を有し、前記可動素子は、前記光ガイドプレートに対向しこの光ガイドプレートと接触する第1接触面及び前記第2プレートに対向しこの第2プレートと接触する第2接触面とを有する構成において、さらに前記可動素子の前記プレートへの付着を低減する手段で、前記光ガイドプレートの接触面において粗さR1を形成し、前記可動素子の第1接触面において粗さR2を形成し、前記粗さR1及びR2のうち少なくとも一方は5nmを上回り、前記粗さR1及びR2は共に100nmを下回るような付着低減手段と、前記可動素子の各接触面を局所的にそれぞれ光ガイドプレートの接触面及び第2プレートの接触面に接触させるための電極と、を有するディスプレイパネルに関する。
上述の形態をとるディスプレイパネルについての記載は特許文献1に開示されている。
国際特許公開WO99/28890号
この従来のディスプレイパネルは、蛍光材料からなる光ガイドプレートを有し、このディスプレイパネルは動作中に光を生成し、この光をその内部に閉じ込める。そしてこの光ガイドプレートは光ガイドと、第2プレートと、この2つのプレートとの間に配置される可動素子を形成する。この光ガイドプレート、第2プレート及び可動素子の上に配置される電極に適正な電圧を印加することにより、この可動素子は局所的に光ガイドプレート及び第2プレート接触する。なお、この可動素子が光ガイドプレートに接触する箇所では動作中光ガイドプレートから光が発光し、可動素子の外へ拡散される。このように光ガイドプレートにおいて光が発光し、拡散される箇所は画素として知られている。そして各画素から光が発光されるか否かを規制することにより画像が表示される。
また付着ファン・デル・ワールス力を低減するために可動素子に対向する光ガイドプレートの接触面及び可動素子に対向する光ガイドプレートの接触面はそれぞれ粗さR1及びR2を有する。ここで粗さとは表面形状における許容段差範囲のことをいい、これは例えば原子間力顕微鏡などによって計測される。ここで粗さR1及びR2のうちの少なくとも一方が5nmを上回ると、ファン・デル・ワールス力は著しく低減されうる。また、粗さR1及びR2のうちの少なくとも一方が100nmを上回ると、可動素子と光ガイドプレートとの間の光学接触が弱められ、よって光ガイドプレートからの光の発光は著しく低減する。さらに可動素子と光ガイドプレートとの間及び可動素子と第2プレートとの間には抗付着層が設けられる。これらの層は可動素子のプレートへの化学的付着力を弱める。
可動素子に対向する各プレート上に配置される電極は、可動素子上の共通電極からは1μm程度の膜厚を有する絶縁層によって分離される。これらの絶縁層は、可動素子上の共通電極との直接電気接触を回避するために光ガイドプレート及び第2プレートの電極上にそれぞれ配置される。この場合この絶縁層が各プレートの接触面を構成する。すなわち互いに対向する部材の接触面とは、それぞれの開放面に相当し、これらに層が覆われているか否かは関係なく、対向相手部材と直接接触可能な面に相当する。
この従来のディスプレイパネルにおいては、電極に電圧を印加することによって光ガイドプレートと可動素子との局所的接触を実現する際に比較的大量のエネルギーが要されるという欠点がある。よってこの従来のディスプレイパネルは動作中大量のエネルギーを必要とする。
したがって、本発明は、上述の形態を有するディスプレイパネルにおいて、動作に必要とされるエネルギー低減することを目的とする。
本発明の目的を達成するために、付着低減手段はさらに第2プレートの接触面において粗さR3を形成し、可動素子の第2接触面において粗さR4を形成し、粗さR1及びR2は共に粗さR3及びR4のうちの少なくとも一方を下回るように構成される。
本発明の開発者らは、可動素子に対向する第2プレートの接触面において粗さR3を形成し、第2プレートに対向する可動素子の第2接触面において粗さR4を形成することで、電極に電圧を印加することにより光ガイドプレートと可動素子との局所的接触を実現すために必要なエネルギーが低減することを把握した。また、粗さR3及びR4の一方が5nmを上回ると、第2プレートと可動素子との間のファン・デル・ワールス力は著しく低減され、その結果ディスプレイパネルは光ガイドプレートと可動素子との間の局所的接触を比較的少量のエネルギーで実現することが可能になる。このファン・デル・ワールス力の要素だけを考慮した場合粗さR3及びR4を共に5nmより大きく設定することに異論はない。しかし本発明の開発者らはさらにこの粗さR3及びR4が第2プレート及び可動素子との間の任意の電圧差でこの第2プレート及び可動素子との間の電気的引力を影響することを把握した。この電気的引力は第2プレート上の電極と可動素子上の共通電極との距離の二乗に対して反比例する。密接な表面接触により堅く接着している第2プレートと可動素子との間のこの電気的引力は比較的大きい。そして電圧差を取り除くことによってこの電気的引力を打ち消すことは事実上困難であることから、これら第2プレートと可動素子とを引き離すにはこの比較的大きな電気的引力を越えなければならない。ここで第2プレートと可動素子との間の距離を大きくした場合、第2プレートと可動素子とが密接表面接触によって堅く接着されることはない。というのは、この場合これらの接触面はその一方あるいは両方から突き出る突出部の先端で接触を実現するため、これらの面を引き離すことは容易にできる。可動素子が第2プレートに密着している場合、この接触を断つのに必要とされる可動素子の電極と光ガイドプレートの電極との間の電圧差は比較的大きい。したがって可動素子に対向する第2プレートの接触面において粗さR3を形成し、第2プレートに対向する可動素子の第2接触面において粗さR4を形成することにより、可動素子が第2プレートに接触する場合この接触を断つのに必要とされる可動素子と第2プレートとの間の電気的引力はより小さくて済む。この粗さR3及びR4のうちの一方が5nを下回り、他方が5nmに等しい場合この電気的引力はまだ無視できない存在である。一方5nmを上回る粗さはこの接触を断つのに必要とされるエネルギー量の削減を実現しうる。粗さR3及びR4の最大値は光ガイドプレートと第2プレートとの間の幅によって制限され、この幅は可動素子の厚さによって制限される。
可動素子が第2プレートに接触している場合において、可動素子と第2プレートとの電極にそれぞれ印加される電圧によって誘発する可動素子と第2プレートとの間の電気的引力が比較的小さいと、この接触を断つのに必要な可動素子と光ガイドプレートとの電極に印加される電圧によって誘発する電力は比較的小さくて済み、これは比較的変動に影響されず制御が容易である。
本発明の好適な一実施形態によると、粗さR3及びR4のうちの少なくとも一方は100nmを上回り、粗さR3及びR4は共に1000nmを下回る。
また、各プレートにおける可動素子に対向する面の上に設けられる電極は1μm程度の膜厚を有する絶縁層によって覆われ、この絶縁層がプレートの接触面に相当する。ここで粗さが100nmを下回る場合、絶縁層の膜厚に対してこの粗さが小さいため、超越すべき電力はほとんど低減されない。これよりも大きい粗さの場合、超越すべき電力は、確実に低減される。また粗さが1000nmを上回る場合、凡そ1〜2μmの範囲にある可動素子の厚さによって低減する4μm程度であるプレート間の距離に対してこの粗さは無視できないものになる。
本発明のディスプレイパネルのまた別の好適な実施形態によると、粗さR2は粗さR1よりも大きく、粗さR4は粗さR3よりも大きく設定される。ここでは光ガイドプレート及び第2プレートはともに製造工程において実現がより簡単である平滑な接触面を有する。さらに光ガイドプレートの表面の平滑さが向上するにつれてその光誘導特性が改善される。
上記実施形態の変形例において、粗さR2は5〜100nmの範囲内の値をとり、粗さR4は100〜1000nmの範囲内の値をとる。すなわち可動素子における粗さはそれぞれ上記範囲内にあることが好ましい。
また、好適な実施形態として、粗さR2及びR4の少なくとも一方が可動素子からの無機性突出により形成される。このような無機性突出は、可動素子がいずれかのプレートに接触する際、弾性及び/又は塑性変形の対象とはなりにくいため、弾性及び/又は塑性変形から誘発するファン・デル・ワールス力の出現を抑制することが可能である。特に、好ましくは空間を有する可動素子がガラス性非晶質層及び結晶質ポリマー層のグループから選択されるマトリックス層を有し、この空間の1〜25%は直径200〜400nm内のTiO2粒子及びインジウム酸化スズ層によって占拠される。このマトリックス層は、ガラス性非晶状態、結晶状態、あるいは結晶質有機材料の剛性同様の剛性をポリマー材料において実現するためにガラス性非晶/結晶混合状態にすることが可能である。このマトリックス層は例えばパリレンや、ポリメタクリル酸メチル、フッ素重合体、ポリイミドなどから構成されうる。このような材料は塑性変形及び/又はクリープなどの影響を受けにくい。また、ある好適な実施形態によると、可動素子における光ガイドプレートに対向する表面は可動素子からTiO2粒子を若干突出させることにより形成され、その粗さは30〜50nmの範囲内にあり、この可動素子における第2プレートに対向する表面の粗さは100〜1000nmの範囲内にある。また、可動素子の厚さは例えば1〜2μm内でありうる。伝導インジウム酸化スズ(ITO)層は、可動素子に電圧を印加するために可動素子の表面全体に配置される共通電極に相当する。このITO層は、光ガイドプレートと可動素子との間の接触面で放出される光の吸収を防止するために透明層とされる。このITO層の膜厚は、好ましくは30〜50nm程度の範囲内にある。可動素子によって光ガイドから抽出される光はTiO2などの拡散部及び可動素子の両面それぞれの粗さによって拡散される。なお、0.05μmより小さい粒子は効率的に光を拡散することができない。また、1μmより大きい粒子は、可動素子に適用する粒子としては大きすぎる。
また、本発明によるディスプレイパネルの一実施形態によると、このディスプレイパネルはディスプレイ装置の一部を構成する。さらにこのディスプレイ装置は表示される画像情報に応じて電極に電圧を印加するような選択手段を有する。
以下において添付図面を参照しながら上記本発明の実施形態及びその他の実施形態をより詳細に説明する。
なお、これらの図面は概略図であって、共通尺度を有するものではない。また、これらの図面における共通の構成部は共通の参照番号によって示される。
図1に示されるディスプレイパネル21は、光ガイドプレート2、可動素子3、及び第2プレート4を有する。光ガイドプレート2及び第2プレート4における可動素子3に対向する各面にはそれぞれ電極5,6が配置される。また、ディスプレイパネル21は、光ガイドプレート2に接続されるカバー素子7を有し、これにより空間8が形成される。ディスプレイパネル21はさらに光源9を有する。光源9により生成される光は光ガイドプレート2において結合する。この光は光ガイドプレート2内を移動するが、この光はここでの内部反射により、図2に示されるような状態が起きない限り光ガイドプレート2外に出ることができない。図2は、可動素子3が局所的に光ガイドプレート2上に接触している状態を示す。この状態により、光の一部が可動素子3に侵入する。そしてこの可動素子3は、この光をディスプレイパネル21外に拡散する。光は両面あるいは片面から発光することができる。好ましくは、可動素子3から光が出るようにするために、可動素子3はマトリックス層とも呼ばれるポリマーなどの材料からなる層を有し、この層には拡散部が設けられる。このような拡散部は、このマトリックス層の材料以外の材料からなる粒子によって形成されるか、あるいはマトリックス層におけるなど泡によっても形成されうる。可動素子3に侵入する光は拡散部によって拡散される。図2では、これが矢印によって示される。さらに図2は、可動素子に対向する光ガイドプレート2の接触面14、光ガイドプレート2に対向する可動素子3の接触面15、可動素子3に対向する第2プレート4の接触面16、及び第2プレートに対向する可動素子3の接触面17を示す。
図3では、可動素子3がスペーサ12,13によって光ガイドプレート2と第2プレート4との間に配置される。そして共通電極25が可動素子3の一部を構成する。この共通電極25は、光ガイドプレート2に対向する可動素子3の面に配置されるか、第2プレート4に対向する可動素子3の面に配置されるか、あるいは可動素子3と一体化されることも可能である。また、可動素子3の共通電極25と電極5,6との直接電気接触を回避するために、電極5,6は、それぞれ絶縁層10,11によって覆われる。なお、共通電極25が第2プレート4に対向する可動素子3の面に配置された場合は、光ガイドプレート2の絶縁層10は必要とされない。電極5,6及び可動素子3の共通電極25のそれぞれに適正な電圧を印加することにより、電力Fが生成され、この電力Fにより、可動素子3は光ガイドプレート2の電極5に押し寄せられる。電極5は透明であり、例えばITOなどから構成されうる。可動素子3と光ガイドプレート2との接触により、その接触箇所において光は光ガイドプレート2を出て、可動素子3に侵入する。可動素子3において、光は拡散され、透明電極5及び光ガイドプレート2を介してディスプレイパネル21を出る。なお、可動素子3の光ガイドプレート2への付着を低減するために可動素子3に対向する光ガイドプレート2の接触面14は粗さR1を有し、光ガイドプレート2に対向する可動素子3の接触面15は粗さR2を有する。この粗さR1及びR2のうちの少なくとも一方は5nmを上回り、この粗さR1及びR2はともに100nmを下回る。また、可動素子3に対向する第2プレート4の接触面16における粗さR3及び第2プレート4に対向する可動素子3の接触面17における粗さR4は、可動素子3の第2プレート4への付着を低減し、粗さR1、R2はともに粗さR3、R4の少なくとも一方よりも小さい値を有する。好ましくは、粗さR3、R4の少なくとも一方は、100nmを上回り、粗さR3、R4はともに1000nmを下回る。また、粗さR2が粗さR1よりも大きい値を有し、粗さR4が粗さR3よりも大きい値を有する場合、光ガイドプレート2及び第2プレート4はともに可動素子3に対向する平滑な接触面を有することが可能である。この構成は製造工程において実現がより簡単である。特に、可動素子3における光ガイドプレート2及び第2プレート4のそれぞれに対向する各接触面にはさらに好適な粗さ範囲が規定されていて、粗さR2は5〜100nmの範囲内にあり、粗さR4は100〜1000nmの範囲内にあることが好ましい。
図4はガラス性非晶質層のマトリックス層18を示す。なお、このマトリックス層18は結晶質ポリマー層などであってもよい。例えばこの層は、パリレン層、ポリメタクリル酸メチル層、フッ素重合体層、ポリイミド層などであってよい。また、ガラス性非晶質層又は結晶質ポリマー層の機械的特性と一致する特性を有する架橋重合体層を適用することも可能である。マトリックス層18の膜厚は、好ましくは0.5〜3μmの範囲内にあり、最適には1〜2μmの範囲内にある。また、拡散粒子19は無機性突出24としても機能し、例えばTiO2、BN,ZrO2,SiO2,Si3N4,Al2O3などから構成されうる。この拡散粒子19の平均寸法は、好ましくは200〜400nmの範囲内にある。また、この拡散粒子19の密度は1〜50%の範囲内にあり、さらに好ましくは1〜25%の範囲内にある。また、マトリックス層18と拡散粒子19との屈折率の差は0.1より大きいことが好ましい。屈折率の差がこれより小さかった場合、拡散粒子19の拡散率が極めて低くなる。好適な拡散率は、この屈折率の差が0.5より大きい場合に得られる。また、拡散粒子19の好適な材料としては、無色であるTiO2,BN,Al2O3などが挙げられる。また、マトリックス層18の屈折率は光ガイドプレート2の材料の屈折率に近い値であることが好ましく、これらの屈折率の差は好ましくは0.2未満程度である。この場合、光ガイドプレート2と可動素子3との間の接触面での反射が低減される。また、可動素子3に電圧を印加するために伝導インジウム酸化スズ層20が設けられる。
図5はディスプレイパネル21及び表示される画像情報に応じて電極5,6,25に電圧を印加する選択手段22を有するディスプレイ装置1を示す。
Claims (7)
- 光ガイドプレートと、前記光ガイドプレートに対向する第2プレートと、前記光ガイドプレートと前記第2プレートとの間に配置され前記光ガイドプレートから局所的に光を発光する可動素子とを有するディスプレイパネルであって、前記光ガイドプレートは、前記可動素子に対向し前記可動素子と接触する接触面を有し、前記第2プレートは、前記可動素子に対向し前記可動素子と接触する接触面を有し、前記可動素子は、前記光ガイドプレートに対向し前記光ガイドプレートと接触する第1接触面及び前記第2プレートに対向し前記第2プレートと接触する第2接触面とを有する構成において、さらに前記可動素子の前記プレートへの付着を低減する手段で、前記光ガイドプレートの接触面において粗さR1を形成し、前記可動素子の第1接触面において粗さR2を形成し、前記粗さR1及びR2のうち少なくとも一方は5nmを上回り、前記粗さR1及びR2は共に100nmを下回るような付着低減手段と、前記可動素子の各接触面を局所的にそれぞれ光ガイドプレートの接触面及び第2プレートの接触面に接触させるための電極と、を有するディスプレイパネルにおいて、
前記付着低減手段は、さらに第2プレートの接触面において粗さR3を形成し、可動素子の第2接触面において粗さR4を形成し、
前記粗さR1及びR2は共に前記粗さR3及びR4のうちの少なくとも一方を下回ることを特徴とするディスプレイパネル。 - 前記粗さR3及びR4のうちの少なくとも一方は、100nmを上回り、前記粗さR3及びR4は共に1000nmを下回ることを特徴とする請求項1記載のディスプレイパネル。
- 前記粗さR2は前記粗さR1を上回り、前記粗さR4は前記粗さR3を上回ることを特徴とする請求項1記載のディスプレイパネル。
- 前記粗さR2は5〜100nmの範囲内にあり、前記粗さR4は100〜1000nmの範囲内にあることを特徴とする請求項3記載のディスプレイパネル。
- 前記粗さR2及びR4のうちの少なくとも一方は前記可動素子からの無機性突出によって形成されることを特徴とする請求項3記載のディスプレイパネル。
- 前記可動素子は、空間を有し、ガラス性非晶質層及び結晶質ポリマー層の集合の中から選択される層からなるマトリックス層を有し、
前記空間の1〜25%は、直径が200〜400nmの範囲内のTiO2粒子とインジウム酸化スズ層とによって占拠されることを特徴とする請求項5記載のディスプレイパネル。 - 請求項1記載のディスプレイパネルを有するディスプレイ装置。
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