JP6048570B2

JP6048570B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP6048570B2
Application number: JP2015251124A
Authority: JP
Inventors: 敦史武藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2016075947A

Description

本発明は、表示装置に関し、特に、圧電素子などの圧力発生手段と着色液体の画素空間への流入とにより着色表示が可能な表示装置に関する。

近年、紙に代わる表示媒体として種々の方式の表示装置が開発されている。例えば、白黒の表示装置としてマイクロカプセル方式などの電子ペーパーが実用化されているが、カラー化については、現在まで、十分な実用性を有する表示装置は得られていない。

カラー化する場合の方式の一つに液晶方式があり、例えば、反射型表示装置（特許文献１）がある。この液晶方式の反射型表示装置では、複数のカラーフィルター、透明対向電極および液晶配向膜が設けられた前面基板と、前面基板に対向するように配置された背面基板と、これらの前面基板と背面基板との間に設けられた液晶層とを備えている。背面基板は、複数のスイッチング素子を有するＴＦＴ基板に形成された層間絶縁層、反射層、および配向層を有している。層間絶縁層は、再帰反射性を示す表面形状を有している。反射層は、層間絶縁層の上に形成されており、層間絶縁層の表面形状を反映した凹凸を有するため、再帰性反射板として機能する。反射層は、また、画像表示の一単位となる画素毎に互いに離間して配置された複数の画素電極から構成されている。反射層における各画素電極は、層間絶縁層に形成されたコンタクト部を介して、対応するスイッチング素子のドレイン電極と接続されている。
この反射型表示装置では、液晶層は、例えば、対向電極と各画素電極との間に印加する電圧を変化させることによって、光を透過する透過状態と光を散乱（前方散乱）する散乱状態との間でスイッチングできるようになっている。

特開２００８−４０５１３号公報

上記のような従来の液晶方式の表示装置では、入射した光はカラーフィルター、前面基板の透明対向電極、前面基板と背面基板との間に設けられた液晶層および背面基板の反射層で反射し、この反射光を利用して表示されることから、発色性や視認性が悪く、特に白色を作るため光の三原色（ＲＧＢ）のカラーフィルターを重ねて３つの反射光を合成する構成を採る場合には、一層反射率が低下し、暗い画面になるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発色性や視認性に優れる表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の表示装置は、透明基板により区画される面を有し、前記透明基板の面に対して平行方向または垂直方向に複数区画された画素空間と、前記画素空間において前記透明基板とは反対側で前記画素空間に連通し、着色された着色液体を貯留可能な液体貯留空間と、前記液体貯留空間内に圧力変動を付与する第１圧力発生手段と、前記透明基板、前記画素空間、前記液体貯留空間が並ぶ第１の方向とは交差する第２の方向において前記画素空間に連通し、かつ、前記第１の方向に延設され、無彩色または透明な液体を貯留可能な逃げ部と、前記逃げ部内に圧力変動を付与する第２圧力発生手段と、を備え、前記液体貯留空間内に貯留された着色液体は、前記第１圧力発生手段の駆動によって前記画素空間に流入され、前記着色液体が前記画素空間内へ流入されれば、前記無彩色または透明な液体が前記逃げ空間内に流入し、前記逃げ部を前記第２方向から側面視した際に、前記逃げ部と前記液体貯留空間は重なる部分を有し、前記画素空間に流入された着色液体は、前記透明基板を介して外部から視認できるようにしたことを特徴とする。

上記構成によれば、圧力発生手段の駆動により、液体貯留空間内に貯留された着色液体を画素空間に流入させることで、１つの画素空間を着色液体の色を表示する画素とすることができ、透明基板を介して着色液体の色を外部から視認させることができる。これにより、画素空間を透明基板の面方向や面の垂直方向に複数画素空間を配置することで、カラー表示することができ、透明基板上の反射光を利用することで発色性、視認性に優れた表示装置とすることができる。

また、本発明の表示装置は、前記圧力発生手段を制御し、前記画素空間内の着色液体の量を制御することで色の階調を表すことを特徴とする。

上記構成によれば、圧力発生手段を制御し、画素空間内の着色液体の量を制御することで、色の階調を変えることができる。

また、本発明の表示装置は、前記画素空間の透明基板とは反対側の面を無彩色にしたことを特徴とする。

上記構成によれば、画素空間の透明基板とは反対側の面を無彩色にしたことで、着色液体を制御することなく、黒色、白色やこれらの中間色を画素空間の透明基板と反対側の面の色で表示することができ、表示装置を簡素化することができる。

また、本発明の表示装置は、前記画素空間内に無彩色液体を封入し、該無彩色液体が流入可能な逃げ空間を有し、前記無彩色液体と前記着色液体のうち、一方が油系、他方が水系であって、
前記着色液体が前記画素空間内へ流入されれば、前記無彩色液体が前記逃げ空間内に流入することを特徴とする。

上記構成によれば、画素空間内に無彩色液体を封入し、無彩色液体が流入可能な逃げ空間を形成して、無彩色液体と着色液体のうちの一方を油系、他方を水系とすることで、無彩色液体と着色液体とを混合することなく、着色液体が画素空間内へ流入されれば、無彩色液体が逃げ空間内に流入するようにでき、着色による色の表示と無彩色による無表示との切替を確実に行うことができる。

また、本発明の表示装置は、前記逃げ空間内に圧力変動を付与する圧力発生手段を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、逃げ空間内に圧力変動を付与する圧力発生手段を備えることで、無彩色液体の画素空間への流入および逃げ空間への回収を圧力発生手段で確実に行うことができ、着色による色の表示と無彩色による無表示との切替を高速化することができる。

表示装置の原理を説明する平面図および断面図である。並列混色による表示装置の画素の平面図および断面図である。表示装置の正面図および部分拡大図である。表示装置の画素の平面図および断面図である。表示装置の画素の平面図および断面図である。減法混色による表示装置の画素の平面図および断面図である。表示装置の画素の斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の表示装置として、カラーで表示を行うカラー表示装置を例に挙げて説明する。
本発明のカラー表示装置（以下、単に表示装置とする）１は、図１に示すように、１つの画素２が画素空間３、液体貯留空間４、圧力発生手段５などを備えて構成される。

１つの画素２における色の表示原理は、液体貯留空間４内に貯留された着色液体６を圧力発生手段５の駆動により画素空間３に流入させて、１つの画素空間３を着色液体６の色を表示する画素２として、着色液体６の色を外部から視認できるようにしたり（ＯＮ時）、圧力発生手段５の駆動を切り替えて着色液体６を液体貯留空間４に戻して、画素空間３を着色されない非着色状態（ＯＦＦ時）にすることで行うものである。

表示装置１では、光の３原色であるＲＧＢ若しくは色素の３原色であるＣＭＹを用い、例えば図２に示すように、ＣＭＹの３原色の３つ画素と黒色（Ｋ）を表示する画素との４つの画素を横に並べて並列混色する画素ユニット７が構成されてカラーが表示される。表示装置１では、例えば図３に示すように、４つの画素を矩形に並べた画素ユニット７を用いて構成される。

このような並列混色の画素ユニット７を構成する各画素２はそれぞれ同一構成とされている。画素２の画素空間３は、一側の面が透明基板３１により区画され、例えば透明基板３１が正方形状に形成され、透明基板３１の反対側が四角錐状の面３２に形成して構成される。この透明基板３１を面方向に４つの画素空間３を並べて区画することで画素ユニット７が構成される。

画素空間３には、四角錐状の面３２の中央に連通する連通路３３を介して液体貯留空間４が形成され、液体貯留空間４に着色液体６が貯留される。この液体貯留空間４の連通路３３の反対側の面は弾性板４１で構成されて撓むことで容積を変化させることができるようにしてある。そして、液体貯留空間４を画素空間３と同一ないし大きな容積とすることで、着色液体６を全量液体貯留空間４に貯留でき、着色液体６を画素空間３に流入させることで、透明基板３１を介して着色液体６の色を外部から視認することができる。

着色液体６として並列混色の画素ユニット７では、色素の３原色であるＣＭＹ（Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：黄）と黒色（Ｋ）の４色が用いられる。これにより、着色液体６を液体貯留空間４に貯留した状態では、画素空間３の透明基板３１と反対側の面３２の色が視認されることになり、この面３２を黒、白、これらの中間の灰色などの無彩色とすることで、非着色状態として識別することができる。

液体貯留空間４には、液体貯留室４内に圧力変動を付与する圧力発生手段５が備えられている。圧力発生手段５としては、例えば撓みタイプの圧電素子（ピエゾ）が用いられ、弾性板に貼着してある。
これにより、圧力発生手段５である圧電素子の駆動により、液体貯留空間４内に貯留された着色液体６を画素空間３に流入させて、１つの画素空間３が着色液体６の色を表示する画素２として、透明基板３１を介して当該着色液体６の色を外部から視認することができる。

また、着色液体６を半透明の液体としておき、圧力発生手段５を構成する圧電素子５１を制御し、弾性板４１の変形量を調整し、画素空間３内の着色流体６の量を制御することで、色の階調を変えることができる。

このような画素２を４個組み合わせて画素ユニット７として表示装置１を構成することで、着色液体６の色を透明基板３１を介して視認することができ、液晶方式に比較し、発色性を高めることができる。また、画素２を薄くすることができ、表示装置１を薄くできるとともに、画素２の区画密度を高めることで、高解像度とすることもできる。

次に、本発明の表示装置の他の実施の形態について、図４および図５により説明する。この表示装置１０では、画素２の着色液体６を画素空間３に流入させた着色状態とすることと画素空間３の着色流体６を液体貯留空間４に貯留して画素空間３を非着色状態とすることの切り替えを確実にするため、画素空間３に無彩色液体１１を封入するとともに、画素空間３に連通して無彩色液体１１を流入させる逃げ空間１２を設けてある。そして、無彩色液体１１と液体貯留空間４の着色流体６のいずれか一方を油系、他方を水系として互いが混合しない液体としてある。これにより、無彩色液体１１と着色液体６とを混合することなく、着色液体６が圧力発生手段５を構成する圧電素子５１の駆動により画素空間３内へ流入されれば、無彩色液体１１が逃げ空間１２内に流入するようにでき、透明基板３１を介して視認する着色による色の表示と無彩色による無表示との切り替えを確実に行うことができる。

また、液体貯留空間４の弾性板４１に圧力発生手段を構成する圧電素子５１を貼り付けて設けるのに加え、逃げ空間１２の側壁を弾性板１２１で形成し、この弾性板１２１に圧力発生手段１３を備えるようにし、例えば圧力発生手段１３を圧電素子１３１で構成して弾性板１２１に貼り付けることで逃げ空間１２に圧力変動を付与することができ、これにより、逃げ空間１２の無彩色液体１１を画素空間３に流入させることができる。なお、無彩色液体１１に代えて透明液体を用いることもできる。

次に、本発明の表示装置の他の実施の形態について、図６および図７により説明する。この表示装置２０は、例えば図６に示すように、ＣＭＹの３原色の３つの画素２を透明基板３１側から順次重ね合わせて減法混色する画素ユニット８を用いてカラーを表現するように構成したものである。

このような減法混色の画素ユニット８を構成する各画素２はそれぞれ同一構成とされており、画素２の画素空間３は、一側の面が透明基板３１により区画されるとともに、反対側の面も透明基板３４で構成され、例えば透明基板３１、３４が正方形状に形成されて構成してある。この透明基板３１、３４を垂直方向に３つの画素空間３を重ねて区画することで画素ユニット８が構成される。

画素空間３には、図７に示すように、透明基板３４の一端角部に連通する連通路３３を介して液体貯留空間４が画素空間３に直交して形成され、液体貯留空間４に半透明の着色液体６が貯留される。この液体貯留空間４の一側面が弾性板４１で構成されて撓むことで容積を変化させることができるようにしてある。
また、透明基板３４の他端角部に連通させて逃げ空間１２が画素空間３に直交して液体貯留空間４の反対側に形成され、画素空間３に封入された無彩色液体１１を逃げ空間１２に流入させることができるようにしてある。この逃げ空間１２の一側面が弾性板１２１で構成されて撓むことで容積を変化させることができるようにしてある。
これら液体貯留空間４と逃げ空間１２との間に圧力発生手段５を構成する圧電素子５１が貼り付けてあり、この圧電素子５１によって液体貯留空間４の弾性板４１に圧力変動を付与するとともに、液体貯留空間４とは高低が逆の圧力変動を逃げ空間１２の弾性板１２１に付与できるようにしてある。

このような画素空間３の一側面に沿って直交して液体貯留空間４、逃げ空間１２および圧電素子５１が配置された画素２を四辺形の各辺に対応させて９０度ずつずらして３つの画素２を重ねることで画素ユニット８が構成され、重ねられた３つの画素の着色流体を混合して視認することができる。
この液体貯留空間４を画素空間３と同一ないし大きな容積とすることで、着色液体６を全量液体貯留空間４に貯留でき、着色液体６を画素空間３に流入させることで、透明基板３１、３４を介して着色液体６の色を外部から視認することができる。なお、無彩色液体１１に代えて透明液体を用いることもでき、逃げ空間を省略して液体貯留空間だけを設けて着色流体を画素空間３に流入させるようにしても良い。

着色液体６として減法混色の画素ユニット８では、色素の３原色であるＣＭＹ（Ｃ：シアン、Ｍ：マゼンタ、Ｙ：黄）の半透明の液体が用いられる。これにより、重ねられた３つの画素空間に流入させた着色液体６を透明基板３１および透明基板３４を介して混合された色を視認することができ、例えば３つの色を混合することで黒色が視認されることになる。
また、全ての着色液体６を液体貯留空間４に戻すことで、最も下の画素２の透明基板３４の色などが認識されることから、この透明基板３４、又は透明基板の下に配置した基材の色を白、灰色などの無彩色とすることで、非着色状態の色として無彩色を視認することができる。

また、半透明の液体とした着色液体６を、圧力発生手段５を構成する圧電素子５１を制御し、弾性板４１の変形量を調整し、画素空間３内の着色流体６の量を制御することで、色の階調を変えることができる。

このような画素２を３個重ねて組み合わせて画素ユニット８とした表示装置２０によれば、着色液体６の色を透明基板３１、３４を介して混合した状態で視認することができ、液晶方式に比較し、発色性を高めることができる。また、画素２を薄くすることができ、表示装置２０を薄くできるとともに、画素２の区画密度を高めることで、高解像度とすることもできる。

なお、本発明は、画素の形状や画素空間の形状など各構成要素は、上述した実施形態に限定されるものではない。

１…表示装置，２…画素，３…画素空間，４…液体貯留空間，５…圧力発生手段，６…着色液体，７…画素ユニット，８…画素ユニット，１０…表示装置，１１…無彩色液体，１２…逃げ空間，１３…圧力発生手段，２１…逃げ空間，３１…透明基板，３２…反対側の面，３４…透明基板，５１…圧電素子。

Claims

透明基板により区画される面を有し、前記透明基板の面に対して平行方向または垂直方向に複数区画された画素空間と、
前記画素空間において前記透明基板とは反対側で前記画素空間に連通し、着色された着色液体を貯留可能な液体貯留空間と、
前記液体貯留空間内に圧力変動を付与する第１圧力発生手段と、
前記透明基板、前記画素空間、前記液体貯留空間が並ぶ第１の方向とは交差する第２の方向において前記画素空間に連通し、かつ、前記第１の方向に延設され、無彩色または透明な液体を貯留可能な逃げ部と、
前記逃げ部内に圧力変動を付与する第２圧力発生手段と、
を備え、
前記液体貯留空間内に貯留された着色液体は、前記第１圧力発生手段の駆動によって前記画素空間に流入され、
前記着色液体が前記画素空間内へ流入されれば、前記無彩色または透明な液体が前記逃げ空間内に流入し、
前記逃げ部を前記第２方向から側面視した際に、前記逃げ部と前記液体貯留空間は重なる部分を有し、
前記画素空間に流入された着色液体は、前記透明基板を介して外部から視認できるようにしたことを特徴とする表示装置。
前記圧力発生手段を制御し、前記画素空間内の着色液体の量を制御することで色の階調を表すことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。